Uma máquina térmica transforma parte do calor recebido da fonte quente em trabalho e descarta o calor restante para a fonte fria

Máquinas térmicas que trabalham em ciclos têm a característica de, ao final de cada ciclo, retornar ao estado inicial. Além de etapas intermediárias, pelo menos duas devem ocorrer: uma etapa em que a máquina recebe calor para realizar trabalho e outra em que cede calor para teoricamente retornar ao estado inicial.

Podemos esquematizar uma máquina térmica a partir de duas fontes de calor, uma com temperatura alta e outra com temperatura baixa. Na figura acima está esquematizado o funcionamento de uma máquina térmica. A fonte quente cede calor Q1 para a máquina. Essa máquina transforma parte desse calor em trabalho , e entrega o calor restante Q2 para a fonte fria.

A conservação de energia implica em

Q₁=τ+Q₂ ou Q₁-Q₂=τ

A segunda Lei da Termodinâmica nos diz que o calor só pode fluir espontaneamente de uma fonte quente para uma fonte fria. Por isso, para que as máquinas térmicas funcionem, elas necessitam de fontes quentes e frias. A Segunda Lei, entretanto, não impede que o calor possa fluir de uma fonte fria para uma fonte quente de forma forçada.

Existem máquinas térmicas que operam no sentido inverso, ou seja, retiram calor de uma fonte fria e entregam para uma fonte quente, usando energia de uma fonte externa.

O aparelho de ar condicionado é um exemplo de máquina térmica que funciona retirando calor do interior da residência e liberando calor para o lado de fora. Ele retira calor da fonte fria e libera calor para a fonte quente. Para isso, é necessário que se use uma energia extra proveniente da rede elétrica. O trabalho, neste caso, é realizado pelo compressor do aparelho.