设置一切理想状态：活塞与气缸没有摩擦、需要时气缸可以完全绝热、气缸内的气体是每个独立的分子组成——不会遂压强和温度的变化而变成固体液体，也不会化学反应。
　　1.等温吸热（A→B）。活塞向上运动，气缸体积增大，向外界吸热借以保持温度（T1）不变；
　　2. 绝热过程（B→C）。活塞继续升高，气缸体积增大，气温降低到T2；
　　3. 等温放热（C→D）。活塞返向回来（下降），气缸体积减小，向外界放热借以保持温度不变；
　　4. 绝热过程（D→A）。活塞继续下降，气缸体积减小，气温升高到T1；
　　让气缸处于绝热状态下，虽然不加热，但是活塞由于惯性仍然要对外做功，气缸内气温降低；
　　如果将重物换成气缸的另外一部分，就是整个气缸的工作原理了。如此循环称为“卡诺循环”。在一个卡诺循环里，系统对外做的功就是吸热减去放热，再通过计算得出卡诺热机的工作效率为：p=1- T_2/T_1 。
　　卡诺用数学公式告诉当时的工程师们，要提高效率，最好的办法是让两个过程中的温差增大，至于烧什么燃料，无所谓。
　　起先卡诺支持热质说，他把热质类比于水，总是从高处往地处流，在流动的过程中对外做功；同样，如果外界不对水做功的话，那么水不会从地处主动走向高处的，于是他得出结论：温度高的物体会主动向低温物体传递热质，或者说热质会从高温物体主动流向低温物体，反过来则不行。但是卡诺循环中效率不为100%，热质去哪儿了内？卡诺开始认为是流向了冷凝器中，但是冷凝器也是一个水循环，总是算来算去，感觉热质对不上数，所以后来他放弃了热质说，转而将“热量”代替“热质”。只可惜那已经是他的“晚年”新认识了——尽管当时他才30出点头。

　　卡诺的一生是十分不幸，1815年，他的父亲在滑铁卢战役之后就被流放，几年后客死他乡。家族的巨变对卡诺影响很大，导致他性格孤僻，最终在社会人脉尽无，也脱离了科研的圈子，《关于火的动力》的论文发表后，阅读量甚少。他的弟弟虽然也是一位工程师，不过对热机效应领悟不够深，以至于他没有将卡诺写的《关于火的动力》第二版及时发表。50多年后，第二版终于公布于世，但是在工业革命的滚滚热潮中，一天一个变化，更别说以年为计算单位。此时人类早就弄清了热的本质。卡诺被人记住的只停留在1824年的论文中，尽管如此，他的论文依然引领着热力学的革命。

　　日期：2017-08-15 23:14:21
　　《关于火的动力》的第一位读者是法国物理学家克拉珀龙（Clapeyron，1799—1864），他对卡诺循序有着深刻的理解，并建立了直观几何坐标图。当时他还是一名比卡诺低两届的学生，人微言轻，他也没能将卡诺的理论推向世界。
　　若干年后，上文提到的和焦耳辩论的英国人威廉汤姆逊到法国访问，意外间读到了克拉珀龙的文章，才知道世上还有卡诺热机的东西，只是他找遍了所有的书店，也没有找到卡诺的原著，无奈之下，只要根据克拉珀龙的论文来猜测卡诺的思想。
　　威廉汤姆逊（William Thomson，1824—1907）的父亲是大学教授，从小受到良好的教育。十岁便上大学预科班、十四岁便开始正式学习大学课程、十五岁便开始发表有真知灼见的论文......他在很多领域都有创造性的成果，包括在英吉利海峡铺设海底电缆。可以说他的成就是非常光辉的，以至于后来维多利亚女王给他册封男爵（可以世袭，比牛顿的骑士爵位要高）。受爵后，威廉汤姆逊改名为开尔文（Kelvin，据说是他家乡的一条河流的名字），后人曾评价说：上帝要给人类科学，于是派来了牛顿；上帝要给人类工程，于是派了开尔文。

　　当开尔文读到克拉珀龙的文章时，考虑两个问题：
　　第一个问题：卡诺热机效率等于1。在这种情况下，必须T_1=∞或者T_2=0。温度无穷大是找不到的，温度等于0也找不到。实际上这里的温度不是华氏温标也不是摄氏温标，而是绝对的温标，是一种不依赖于任何物理特性的温标。这正是华氏温标和摄氏温标做不到的，比如摄氏温标就是依赖于水的冰点和沸点，而在不同的大气压，冰点和沸点是不同的。这就好比，长度的度量单位米，它只能建立在某种绝对的基础之上，而不能建立在某个皇帝的一个跨步上。

　　开尔文认为是时候该建立一种新的温标了，于是绝对温标也呼之欲出。实际上，绝对温标非他一人之功。故事得要从波义耳说起，波义耳曾提出“波义耳定律”，大意是说：同温下，气体的体积与压强成反比关系。到了1802年，法国科学家盖-吕萨克（Gay-Lussac，1778—1850）提出一个定律：一定体积的任何气体，当温度升高或降低1℃，其压强增加或减小值是恒定的，约等于1/273。因此，如果我们将一个0℃的理想气体降温，降到零下273℃时，气压将会为0，体积也会为0。换句话说，温度不能再往下降了，再降体积就成负数了，显然这是不可能的。

　　盖-吕萨克这一发现实际上在早些年就由法国物理学家查理（Charles,1746—1823）提出，但是没有得到人们的注意，直到盖-吕萨克重新提出时，人们才注意到查理的贡献，故而这个定律又叫“查理定律”。
　　开尔文在前人的基础之上，于1848年建立了绝对温标。它是以零下273℃（现在标准值为273.15）为起点、以1摄氏度为单位建立的，单位记为K（为了纪念开尔文）。0K称为绝对零度（-273℃），绝对零度是不存在的，所以卡诺热机的效率永远小于100%。

　　第二个问题：卡诺热机效率等0。效率等于0肯定存在，只要T_1=T_2就可以轻松实现。可是二者相等意味着什么呢？意味着卡诺热机空转白忙活，也就是说在同一热源下，卡诺热机无法工作。于是开尔文得出新的论断（热力学第二定律）：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。换句话说简单地说在单一热源下系统做不了有用功。
　　在热力学第一定律建立的时候，人类终于相信永动机是不可能的。于是有人开始构思“第二类永动机”，它从外界不断地吸收热，进而循环做功。最为著名的是1881年有一位美国人为美国海军设计了一种发动机，利用液体氨气从海水中吸取能量，气化成氨气，从而放出能量对外做功，这种发动机最终没有成型，因为气化后的氨必须要冷凝成液体才能重复使用，如果不打算重复的话，那么就需要和海水等比例的液氨，显然这是不可能的。所以另外一种低温热源是必要的，也就说必须要有两种及以上的热源。

　　另外一位从克拉珀龙得知卡诺热机而且做出卓越贡献的是德国物理学家克劳修斯（Clausius，1822－1888），他的出发点是卡诺提出的热质流向问题，但是1850年之后不能再提热质了，所以卡诺的意思可以理解为热会从高温转到低温，如果没有外界做功的话，绝对不会从低温转到高温。比如将一个容器用隔板隔开，两边分别放入热水和冷水，再抽掉隔板，水温只会冷热平均，而不会热的更热，冷的更冷。这是怎么回事呢？克劳修斯认为：物理的各种变化有两个方向，一种是自然方向，另外一种是非自然方向。自然方向是自发而独立进行的，非自然方向则必须有外界影响才可以。克劳修斯将热力学第二定律表达为：不可能热从低温物体转向高温物体而不产生任何影响。

　　至此，热力学已经基本上建立了。