Невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение всей полученной машиной теплоты в работу.

Данную формулировку можно упростить. Невозможно создать вечный двигатель второго рода. Вечным двигателем второго рода называется воображаемый двигатель, превращающий в работу всю полученную теплоту. Таким образом, даже в идеальной тепловой машине, не все полученное количество теплоты переходит в работу, часть переходит в окружающее пространство. Работа, которую совершает машина, равна

dA=dQ₁–dQ_2,

где dQ₁ – количество теплоты, переданное рабочему телу от нагревателя, dQ₂– количество теплоты, не использованное рабочим телом и переданное холодильнику. КПД такой машины всегда меньше единицы и равен:

. (1)

Следовательно, для работы тепловой машины необходимо наличие нагревателя с температурой T₁ и холодильника с температурой T₂. Причем T₁> T₂. Французский инженер Карно показал, что из всех тепловых машин, работающих при температуре нагревателя T₁ и температуре холодильника T_2, наибольшим КПД обладает машина, совершающая круговой процесс, называемый циклом Карно (рис 1). КПД такой машины равен:

. (2)

Таким образом, КПД любой машины не может быть больше КПД машины Карно.

. (3)

Здесь знак "<" относится к необратимым машинам, а знак "=" к обратимым. Обратимым циклом или процессом называется такой процесс, при котором рабочее вещество (газ) как в прямом так и в обратном процессе переходит через те же самые состояния. По схеме на рис.1 можно догадаться, почему даже идеальная машина не может иметь КПД = 1. При КПД =1 передача теплоты холодильнику отсутствует, т.е. dQ₂=0, но тогда рабочее тело нагреется до температуры нагревателя и прекратится передача тепла рабочему телу, цикл прекратится.