熱機関は高温熱源から熱を受け取り、一部を仕事に変え、残りを低温熱源に捨てます。熱効率は「入った熱のうち仕事に変わった割合」です。スライダーで放出熱量を変え、熱効率への影響を確認しましょう。
熱機関が1サイクルで高温熱源から 1000 J の熱を吸収し、低温熱源に 600 J を放出しました。
外部にした仕事：
$$ W = Q_1 - Q_2 = 1000 - 600 = 400\,\text{J} $$熱効率：
$$ e = \frac{W}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = \frac{400}{1000} = 0.40 = 40\% $$1サイクル後、内部エネルギーは元に戻るので \(\Delta U = 0\) です。確認：
$$ \Delta U = Q_1 - Q_2 - W = 1000 - 600 - 400 = 0 \quad \checkmark $$理想的な熱機関（カルノーサイクル）の効率は、高温 \(T_H\) と低温 \(T_L\)（絶対温度）で決まります。
$$ e_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{T_L}{T_H} $$例えば \(T_H = 500\,\text{K}\), \(T_L = 300\,\text{K}\) のとき、
$$ e_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{300}{500} = 0.40 = 40\% $$実際の熱機関はこれを超えられません。これが熱力学第二法則の帰結です。
熱効率 \(e = \frac{W}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}\) は必ず 1 未満です。熱力学第二法則により、吸収した熱をすべて仕事に変えることは不可能で、必ず低温熱源に \(Q_2 > 0\) の熱を捨てなければなりません。