КПД идеального (реверсивного, Карно) двигателя задаётся формулой
$${\eta }_{\text{Carnot}}=1-\frac{T_c}{T_h}.$$
Для первого двигателя с $T_h=600\mathrm{K}$ и $T_c=300\mathrm{K}$:
$${\eta }_1=1-\frac{300\mathrm{K}}{600\mathrm{K}}=0.5=50\%.$$
Для второго двигателя с $T_h=700\mathrm{K}$ и $T_c=400\mathrm{K}$:
$${\eta }_2=1-\frac{400\mathrm{K}}{700\mathrm{K}}=\frac{3}{7}\approx 0.4286\approx 42.86\%.$$
Вывод: при указанных температурах первый (300–600 К) идеальный двигатель имеет больший максимальный КПД ($50\%$) чем второй (400–700 К, ≈$42.86\%$), потому что важен не абсолютный $T_h$, а отношение $T_c/T_h$.
Реальные процессы, снижающие КПД по сравнению с Карно (кратко с пояснениями):
- Передача тепла через конечный перепад температур (теплообменники): вызывает генерирование энтропии и потери доступной работы.
- Трение и механические трения (поршни, подшипники): преобразуют полезную работу в тепло.
- Ненадежное, неадиабатическое и не квазистатическое расширение/сжатие (турбины и компрессоры неидеальны): снижают полезную работу (низкая адиабатическая/изоэнтропическая эффективность).
- Давление и теплопотери (утечки, дросселирование, потери в трубопроводах): уменьшают энергию рабочего тела.
- Неполное или неравновесное сгорание (для тепловых машин с горением): химические неравновесия и потери тепла.
- Теплопотери в корпусе (излучение, кондукция): отводят энергию в окружающую среду.
- Ограниченная эффективность теплообменников (внутренние температурные градиенты, контрпоток неидеален).
- Нелинейности и реальные свойства рабочего вещества (неидеальные газы, фазовые переходы) и тепловые инерции при переходных режимах.
- Электрические и вспомогательные потери (генератор, насосы, вентиляторы).
В сумме эти необратимости приводят к генерации энтропии $\Delta S_{\text{gen}}>0$ и уменьшению доступной работы примерно на $T_0\Delta S_{\text{gen}}$ относительно идеального предела.