(...) Машины, не получающие движения от тепла, а имеющие двигателем силу человека или животных, падение воды, поток воздуха и т. д., могут быть изучены до самых мелких деталей посредством теоретической механики. Все случаи предвидены, все возможные движения подведены под общие принципы, прочно установленные и приложимые при всех обстоятельствах. Это характерное свойство полной теории. Подобная теория, очевидно, отсутствует для тепловых машин. Ее нельзя получить, пока законы физики не будут достаточно расширены и достаточно обобщены, чтобы наперед можно было предвидеть результаты определенного воздействия теплоты на любое тело.

(...) Получение движения в паровых машинах всегда сопровождается одним обстоятельством, на которое мы должны обратить внимание. Это обстоятельство есть восстановление равновесия теплорода, то есть переход теплорода от тела, температура которого более или менее высока, к другому, где она ниже. В самом деле, что происходит в паровой машине, находящейся в движении? Теплород, полученный в топке благодаря горению, проходит через стенки котла, дает рождение пару и с ним как бы соединяется. Пар увлекает его с собой, несет сперва в цилиндр, где он выполняет некоторую службу, и оттуда в холодильник, где, соприкасаясь с холодной водой, пар сжижается. Холодная вода холодильника поглощает в конечном счете теплород, полученный сгоранием. Она согревается действием пара, как если бы была поставлена непосредственно на топку. Пар здесь только средство переноса теплорода; он выполняет ту же роль, что и при отоплении бань паром, с той только разницей, что здесь его движение становится полезным.

(...) Возникновение движущей силы обязано в паровых машинах не действительной трате теплорода, но его переходу от горячего тела к холодному, то есть восстановлению его равновесия — равновесия, которое было нарушено некоторой причиной, будь то химическое действие, как горение, или что-нибудь иное. Мы увидим, что этот принцип приложим ко всем машинам, приводимым в движение теплотой.

Согласно этому принципу, недостаточно создать теплоту, чтобы вызвать появление движущейся силы: нужно еще добыть холод; без него теплота стала бы бесполезна. В самом деле, если бы вокруг нас были тела только такие же горячие, как и топка, каким бы образом можно было сконденсировать пар? Куда бы его- деть, раз он получен? Не следует думать, что его можно, как это прак- , тикуется в некоторых машинах, выбросить в атмосферу: атмосфера не приняла бы его. Она принимает его в обычных условиях, потому что выполняет роль большого холодильника, потому что она находится при более низкой температуре: иначе она была бы им вскоре заполнена или, вернее, была бы насыщена им еще раньше. Повсюду, где существует разность температур, повсюду, где возможно восстановление равновесия теплорода, возможно получение движущей силы. Водяной пар есть одно из средств обнаруживать эту силу, но не единственное: все тела природы могут быть применены для этого; все тела способны к изменению объема, к сжатию и расширению при действии тепла и холода; все способны при изменении своего объема побеждать некоторые сопротивления и таким образом развивать движущую силу. Твердое тело, например железный стержень, переменно нагреваемый и охлаждаемый, увеличивается и уменьшается в длине и может двигать тела, прикрепленные к его концам.

(...) Очевидно, теплота может быть причиной движения только тогда, когда она заставляет тела изменять объем или форму; эти изменения происходят не от постоянства температуры, но именно вследствие переменного действия тепла и холода: чтобы нагреть какое- либо тело, надо иметь более теплое тело, чтобы его охладить — более холодное. Необходимо отнять теплород у первого из этих тел, для передачи второму через посредство промежуточного вещества. Это-то и означает восстановить или, по крайней мере, стараться восстановить равновесие теплорода.

Здесь уместно задать себе следующий одновременно любопытный и важный вопрос: неизменна ли по величине движущая сила тепла или она меняется вместе с агентом, с помощью которого она развивается, с промежуточной средой, выбранной как орудие действия теплоты?

Ясно, что этот вопрос может быть сделан только для заданного количества тепла и для заданной разности температур. Например, пусть тело А поддерживается при температуре 100°, а другое тело В — при температуре 0°, и спрашивается, какое количество движущей силы может быть получено при переносе определенного количества теплорода (например, того, которое необходимо, чтобы расплавить килограмм льда) от первого из этих тел ко второму; спрашивается, будет ли это количество движущей силы обязательно ограниченным, меняется ли оно с веществом, употребляемым для ее проявления, представляет ли водяной пар в этом отношении более или менее значительные преимущества перед парами алкоголя, ртути, перед постоянным газом или каким-либо другим веществом.

Мы попытаемся ответить на эти вопросы с помощью установленных выше понятий.

Очевидно само собой, как выше указано, или, по крайней мере, становится очевидным после размышления о расширении, производимом теплотой, следующее: повсюду, где имеется разность температур, может происходить возникновение движущей силы. Обратно: повсюду, где можно затратить эту силу, возможно образовать разность температур, возможно нарушить равновесие теплорода. Удар, трение тел — разве это не суть средства поднять их температуру, привести их в более теплое состояние, чем окружающие предметы, нарушить равновесие теплорода там, где это равновесие прежде существовало? То, что температура газообразных жидкостей повышается при сжатии и понижается при разрежении, есть результат опыта. Вот верное средство изменять температуру тел и нарушать равновесие теплорода столько раз, сколько вздумается, посредством одного и того же тела. Водяной пар, употребленный обратным образом, чем его употребляют в паровых машинах, можно рассматривать как средство нарушать равновесие теплорода.

(...) Если бы было возможно, каким бы то ни было методом, получить от теплорода большее количество движущей силы, чем мы получили первой серией наших операций, то стоило бы только употребить часть этой силы для возвращения указанным методом теплорода от тела В к телу А, от холодильника к нагревателю, и первоначальное состояние было бы восстановлено; можно было бы возобновить подобную операцию и действовать так и далее: это было бы не только вечным движением, но и беспредельным создаванием движущей силы без затраты теплорода или каких-либо других агентов. Подобное создавание совершенно противоречит общепринятым идеям, законам механики и здравой физике. Оно недопустимо.

(...) Движущая сила тепла не зависит от агентов, взятых для ее развития; ее количество исключительно определяется температурами тел, между которыми в конечном счете производится перенос теплорода.

(...) Можно легко представить себе множество машин, способных развивать движущую силу тепла при употреблении упругих жидкостей; но, каким бы образом это ни делалось, нельзя терять из виду следующие принципы.

1)         Температура  газа должна быть первоначально как можно выше, чтобы получить большое падение теплорода и отсюда значительное развитие движущей силы.

2)         По той же причине охлаждение должно быть как можно больше.

3)         Переход упругой жидкости от наиболее высокой температуры к наиболее низкой должен происходить от увеличения объема, то есть охлаждение газа должно происходить самостоятельно от его расщирения. ¦ Предел температуры, до которой можно первоначально .довести газ,— это температура, развиваемая при сгорании; она очень высока.

Предел охлаждения — это температура наиболее холодных тел, которыми можно легко располагать и в большом количестве: этим телом обычно является вода окружающей местности.

Что касается третьего условия, то оно мешает развитию движущей силы тепла при больших разностях температур, мешает использовать большие падения теплорода. В самом деле, тогда газ должен благодаря расширению перейти от очень высокой температуры к очень низкой; это требует большого изменения объема и плотности, а это требует, чтобы газ был первоначально взят при очень высоком давлении или достиг бы расширением колоссального объема, оба условия — трудно выполнимые. Первое делает необходимым употребление очень крепких сосудов для содержания газа, находящегося одновременно при сильном давлении и высокой температуре; второе — весьма больших сосудов.

В этом действительно заключаются главные трудности, мешающие использовать большую часть движущей силы тепла.

(...) Нельзя надеяться хотя бы когда-либо практически использовать всю движущую силу топлива. Попытки, сделанные для приближения к этому результату, будут скорее вредными, чем полезными, если они заставят забыть другие важные обстоятельства.