熱機

熱機（heat engine）是任何把熱轉換成有用機械功的裝置，做法是讓熱從熱的東西流向冷的東西，並從這股流動中撈取一部分作為功。汽車引擎、發電廠的蒸汽渦輪、噴射引擎都是熱機。基本概念是：大自然會讓熱自動由熱往冷「往下流」，而引擎就在這股水流裡放一個「水車」，在能量經過時擷取其中一部分。

每一部熱機都在兩個溫度之間以重複的循環運作。它從高溫熱庫吸入一份熱 Q_h，把其中一部分轉換成功 W，再把剩下的熱 Q_c 倒進低溫熱庫。在一個完整循環中，引擎回到起始狀態，所以 ΔU = 0，能量守恆（第一定律）給出 W = Q_h − Q_c：輸出的功等於吸入的熱減去丟棄的熱。你永遠無法用光全部的 Q_h——總有一部分必須排放到冷端。

最後這件事並不只是工程上的煩惱，而是一條深刻的定律。熱力學第二定律禁止任何引擎把熱完全轉換成功而毫無廢熱。這就是為什麼發電廠要有冷卻塔、引擎會發燙：丟棄的熱 Q_c 是這筆交易無可避免的代價，它為任何引擎所能達到的效率設下了硬性上限。