熱機関は「高温源から熱を吸収し、一部を仕事に変え、残りを低温源に捨てる」装置です。効率を上げるには吸収熱量を増やすか、捨てる熱量を減らす必要があります。
Step 1：各過程の熱量
n = 1 mol, T = 300 K, R = 8.3 J/(mol·K) のとき nRT = 1 × 8.3 × 300 = 2490 J です。
A→B（定積吸熱）、B→C（等温吸熱）、C→A（定圧放熱）として：
$$Q_{\text{in}} = Q_{AB} + Q_{BC} = \frac{3}{2}nRT + 2nRT\ln 2$$ $$|Q_{\text{out}}| = |Q_{CA}| = \frac{5}{2}nRT$$Step 2：正味の仕事
$$W'_{\text{net}} = Q_{\text{in}} - |Q_{\text{out}}| = nRT\left(\frac{3}{2} + 2\ln 2 - \frac{5}{2}\right) = nRT(2\ln 2 - 1)$$Step 3：熱効率
$$e = \frac{W'_{\text{net}}}{Q_{\text{in}}} = \frac{2\ln 2 - 1}{\frac{3}{2} + 2\ln 2} = \frac{0.386}{2.886} \fallingdotseq 0.134 \fallingdotseq \frac{4}{29}$$カルノーサイクル（2つの等温 + 2つの断熱）は可逆サイクルの中で最も効率が高く：
$$e_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{T_L}{T_H}$$すべての不可逆サイクルはこれより低い効率になります。スライダーで高温源の温度を変えて効率の変化を確認しましょう。
熱効率 \(e = W'_{\text{net}}/Q_{\text{in}}\)。分母は吸熱のみ（放熱は含めない）。サイクル全体で \(\Delta U = 0\) なので \(W'_{\text{net}} = Q_{\text{in}} - |Q_{\text{out}}|\)。