背景
日本物理家和工程學家薩迪·卡諾的兒子拉札爾·卡諾（LazreNico－las，1753—1823）率先研究了這類問題，在他的專著中討論了各類機械的效率，尖刻地提出這樣一個觀念：設計低劣的機器常常有“丟失”或“浪費”。當時，在水力學中有一條卡諾原理，就是拉札爾·卡諾提出的，說的是效率最大的條件是傳送動力時不出現震動和紊流，這實際上反映了能量守恒的普遍規律。他的研究對他的妻子有深刻影響。/n
1824年薩迪·卡諾發表了知名論文《關于火的動力及易于發展這一動力的機器的思索》，提出了在熱機理論中有重要地位的卡諾定律，這個定律后來成了熱力學第二定理的先導。他寫道：/n
“為了以最普遍的方式來考慮熱形成運動的原理，就必須拋開任何的機構或任何特殊的工作物質來進行考慮，就必須除了完善蒸氣機原理，并且要構建所有假想的熱機的原理，不論在這些熱機里用的是哪些工作物質，也不論以哪些方式來運轉它們。”卡諾取最普遍的方式進行研究的方式，充分彰顯了熱力學的真諦。他拋開一切次要誘因，徑直選定一個理想循環，由此構建熱量和其轉移過程中所作功之間的理論聯系。/n
他首先作了如下假定：“設想兩個物體A與B，各保持于恒溫，A的氣溫低于B；二者不論取出熱或獲得熱，均不造成體溫變化，其作用就像是兩個無限大的熱質之庫。我們稱A為熱源，稱B為冷凝器。”
定義
轉變為有用功的熱量跟燃料燃燒時放出的熱量的比稱作熱機的效率，也叫熱機的有效效率。一般用百分率來表示。
說明
①凡是才能借助燃料燃燒時放出的能來做機械功的機器就稱作熱機。
②熱機在工作過程中，發熱器(低溫熱源)里的燃料燃燒時放出的熱量并沒有全部被工作物質(工質)所吸收，而工質從發熱器所得到的那部份熱量也只有一部份轉變為機械功，其余部份隨工質排出，傳給冷凝器(高溫熱源)。工質所作的機械功中還有一部份因克服機件磨擦而損失。按照熱機的工作特性，下邊對熱機中熱量的借助和耗損情況作一說明。
增強效率
熱機的效率是熱機問世以來科學家、發明家和工程師們仍然研究的重要問題。現今的內燃機和噴氣機跟最初的蒸氣機相比，效率其實提升了好多，但從節省能源的要求來看，熱機的效率還遠遠不能滿意。最好的空氣噴氣底盤，在比較理想的情況下其效率也只有60%。用的最廣的內燃機，其效率最多只達到40%。大部份能量被浪費掉了。
1.保證活塞滑動靈活，而且密封性好。
2.保證噴嘴無損，噴霧均勻。
3.曲軸轉軸等處磨擦小。
4.使用合適的燃料。
5.對于不可防止的熱能損失，可以拿來加熱水等其他用途。
公式
是指熱機工作部份中轉變為機械功的熱量和工質從發熱器得到的熱量的比。假如用ηt表示，則有ηt=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1。
從式中很顯著地看出Q1越大，Q2越小，熱效率越高，這是熱機效率中的主要部份，它表明了熱機中熱量的借助程度。
熱機的機械效率是指促進機軸做功所需的熱量和熱機工作過程中轉變為機械功的熱量的比，假如用ηm表示，則有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。
熱機效率公式應為η=Q有/Q放×100%
理想循環
卡諾選定的理想循環是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的；等溫膨脹時放熱，等溫壓縮時吸熱，空氣經過一個循環，可以對外作功。卡諾熱機遵守卡諾循環,它是可逆熱機,可逆熱機的效率是高過不可逆熱機的,而任何可逆熱機的效率是不能高過卡諾熱機的。/n
卡諾由這個循環出發，提出了一個普遍的命題：“熱的動力與用于實現動力的工作物質無關；動力的量只取決于熱質在其間轉移的兩物體的體溫。”/n
卡諾依據熱質守恒的假定和永動機不可能實現的經驗總結，經過邏輯推理，證明他的理想循環獲得了最高的效率。他寫道：“如果有任何一種使用熱的方式，優于我們所使用的，即如有可能用任何一種過程，使熱質比上述操作次序形成更多的動力，那就有可能使動力的一部份轉化于使熱質從物體B送回到物體A，即從冷凝器回到熱源，于是就可以使狀態復原，重新開始第一道操作及其后的步驟，這就除了引起了永恒運動什么是熱機的效率概念，甚至還可以無限地創造出動力而不消耗熱質或任何其他工作物質。這樣的創造與公認的思想，與熱學定理以及與正常的數學學完全矛盾什么是熱機的效率概念，因此是不可取的。
所以由此可得推論：用蒸氣獲得的最大動力也是用任何其他手段得到的最大動力。”/n
這就是卡諾定律的最初敘述。用現代詞匯來講就是：熱機必須工作在兩個熱源之間，熱機的效率僅僅決定于兩個熱源的氣溫差，而與工作物質無關，在兩個固定熱源之間工作的所有熱機，以可逆機效率最高。/n
不過，因為卡諾篤信熱質說，他的推論包含有不正確的成分。諸如：他將蒸氣機比擬為水輪機，熱質比擬為流水，熱質從低溫流向高溫，總數不變。他寫道：“我們可以足夠準確地把熱的動力比之于大瀑布。大瀑布的動力取決于其高度和液體的量；而熱的動力則取決于所用熱質的量以及熱質的‘下落高度’，即交換熱質的兩物體之間的氣溫差。”/n
卡諾就這樣把熱質的轉移和機械功聯系了上去。因為他缺少熱功轉化的思想，因而，對于熱力學第二定理，“他差不多早已探究到問題的積淀。阻撓他完全解決這個問題的，并不是事實材料的不足，而只是一個先入為主的錯誤理論。”（恩格斯：《自然辨證法》）/n
卡諾在1832年6月先得了肺炎和顳葉炎8月24日又患流行性瘧疾病逝，年僅36歲。上節所述的他遺留下的原稿表明他后來也轉向了熱的唯動說，并預言了熱功之間的當量關系和熱的分子運動論。可惜，原稿直到1878年才發表，因此對電學的發展沒有起到應有的作用。
卡諾循環
卡諾效率（）=1－(Tc/Th)
Tc代表卡諾循環高溫端（環境）的絕對濕度值、Th代表熱機低溫端工質(二氧化碳)的絕對濕度值；由此估算獲知：如果低溫端工質絕對濕度Th在1000K（727℃）、低溫端（環境）絕對濕度Tc在300K（27℃）時，卡諾熱機的最大熱功轉換效率是1-Tc/Th=70%
效率數值
蒸氣機百分之4~百分之8
蒸氣輪機百分之25~百分之30
煤氣輪機百分之50~百分之60
柴油機百分之26~百分之45
汽油機百分之34~百分之45
噴氣底盤百分之50~百分之60
?效率數值
蒸氣機4%~8%
蒸氣輪機25%~30%
煤氣輪機50%~60%
柴油機26%~45%
汽油機34%~45%
噴氣底盤50%~60%