シリンダーの中の気体に等温膨張 → 断熱膨張 → 等温圧縮 → 断熱圧縮をさせると， 1 周してもとの状態に戻るのに正味の仕事が残ります．これが熱機関です． ①ではピストンが動くようすと P–V 図・T–S 図を並べ， ②では 4 行程の熱と仕事を数字で追って，効率が η = 1 − TC/TH になることを確かめます．
状態量はすべて分配関数から計算しています（並進 + 回転 + 振動 + 電子縮重）． 断熱線は CV を定数と置かず，エントロピー一定の条件 S(T, V) = 一定 をそのまま解いて引いています．