Первый закон термодинамики чаще всего выражается следующим образом: в замкнутой системе изменение внутренней энергии равно разности суммарного количества тепла, поступающего в систему Q, и суммарного количества работы, произведенной системой W. 1 Если представляют собой начальную и конечную внутреннюю энергию системы, то

В уравнении (5.1) общее количество тепла Q, переданного системе, состоит из двух частей. Qi представляет собой тепло, полученное системой при более высокой температуре, а Q2 - тепло, отданное системой при более низкой температуре. Это является следствием второго закона термодинамики, утверждающего, что невозможно сконструировать тепловую машину, которая будет превращать теплоту в работу, если в цикле имеется только один тепловой резервуар. Резервуар с более высокой температурой часто называют источником, а с более низкой - стоком. Выраженный в другой форме второй закон термодинамики утверждает, что передача тепла может осуществляться только от более горячего тела к более холодному. КПД цикла представляет собой отношение суммарной полезной работы W к поглощенному теплу Qi:

Это выражение, как известно, определяет КПД идеального цикла Карно, названного так в честь французского ученого Сади Карно, который первым сформулировал этот закон в 1824 г. Более детальное обсуждение этого вопроса в связи с использованием солнечной энергии излагается Бринквортом.

Никакая реальная тепловая машина не может иметь КПД больше, чем КПД цикла Карно. Это объясняется различными причинами, главными из которых являются наличие трения между движущимися частями Машин, а также необходимость существования разности температур между источником и машиной и между машиной и стоком, обеспечивающей передачу тепла. В практике удобно пользоваться понятием КПД цикла Карно для сравнительных оценок, имея в виду, что в лучшем случае КПД реальной машины будет составлять две трети КПД цикла Карно.