Парову машину створювали талановиті винахідники. Деякі з них мали інженерну освіту, багато хто був механіками-самоучками, а інші і зовсім не мали ніякого відношення до техніки, але одного разу "захворівши" паровою машиною, повністю віддавали себе нелегкій винахідницькій праці.
Це були люди практичного складу. Більшість з них мало уявляла, що відбувається в паровій машині, яким законам підпорядковується її робота. Вони не знали теорії теплових двигунів і, як тепер би сказали, винаходили впотьмах, на дотик. Це розуміли багато хто і в першу чергу прихильники наукового підходу до створення машин.
Засновником цієї теорії, яка поклала початок науці, названій "термодинамікою", став - Саді Карно, який через сорок років після наведених висловлювань батька написав невелику брошуру під назвою: "Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу". Ця тоненька книжечка була видана в Парижі 1824 року невеликим тиражем. Саді Карно того року виповнилося ще тільки двадцять вісім років. Книжечка виявилася єдиним твором Саді Карно, твором настільки ж дивним і значним, як і сам її автор. Саді Карно народився 1796 року і до шістнадцяти років навчався вдома під керівництвом свого батька, який зумів прищепити синові широту поглядів і схильність до точних наук. Потім талановитий юнак два роки навчається в Паризькій політехнічній школі і у вісімнадцять років отримує диплом інженера. Подальше життя і діяльність Саді була пов 'язана з армією. Маючи багато вільного часу, він міг займатися всім, що його цікавило. А інтереси його були великі. Він знав і любив мистецтво - музику, літературу, живопис, театр, і в той же час пристрасно захоплювався математикою, хімією, фізикою, технологією. З раннього дитинства у нього була розвинена схильність до узагальнень - вміння за розрізненими фактами і явищами побачити щось спільне, що об 'єднує їх. Будучи інженером, він добре знав пристрій парової машини і чітко бачив всі її недоліки. Він розумів, що досі творці парової машини мало замислювалися над законами, які керують тепловими процесами. Разом з тим за час створення та вдосконалення парового двигуна накопичилося багато фактів, ніким ще не продуманих і не узагальнених.
Молодий інженер ставить перед собою мету розібратися в теплових явищах, що відбуваються в паровому двигуні, спробувати вивести загальні закони, яким підпорядковується робота теплового двигуна. І йому першому вдається це зробити. Саді Карно безсумнівно, був видатною особистістю свого часу, хоча його сучасники, та й він сам цього не підозрювали. Вперше світ дізнався про його заслуги багато років потому з висловлювань великого англійського фізика Вільяма Томсона (лорда Кельвіна), який на своїх лекціях назвав Карно геніальним вченим. Згодом Томсон і видатний німецький фізик Рудольф Клаузіус, створюючи сучасну термодинаміку, узагальнили висновки, Саді Карно у вигляді суворого закону, який отримав назву другого початку термодинаміки.
Про що писав Карно у своїй тоненькій книжці, яка принесла йому безсмертну славу? Карно розглянув у ній закони перетворення теплоти на роботу, або, як кажуть, закони перетворення теплової енергії на механічну, і показав, як потрібно будувати теплові двигуни, щоб вони були більш потужними і в той же час економічними, тобто споживали б якомога менше палива. Його висновки були загальними і стосувалися не тільки відомих йому поршневих парових машин, але взагалі будь-яких двигунів, що використовують для своєї роботи теплову енергію. Перш за все, він встановив, що тепло може переходити тільки "... від тіла з більш високою температурою до тіла з менш високою температурою"... і, коли температура обох тіл зрівняється, настає теплова рівновага. Далі, тепло може бути перетворено на механічну роботу, якщо на шляху тепла поставити якийсь пристрій, в якому частина цього перехідного тепла використовувалася б, наприклад, для розширення пара або газу, що рухає поршень. При цьому найбільша кількість корисної роботи може бути отримана в тому випадку, якщо різність температур тіл, між якими відбувається перехід тепла, буде найбільшою. Тоді Карно робить висновок: всякий тепловий двигун, в якому тепло перетворюється на механічну роботу, повинен мати два температурних рівня - верхній (джерело тепла) і нижній (охолоджувач-конденсатор); крім того, в такому двигуні має знаходитися речовина - це може бути не обов 'язково пар, - здатне змінювати свій об' єм при нагріванні та охолодженні і тим самим перетворювати тепло в механічну роботу, переміщуючи поршень в циліндрі. Така речовина називається "робочим тілом". Для того щоб паровий двигун здійснив найбільшу механічну роботу, потрібно, щоб температура і тиск робочого тіла - пара, що вводиться в циліндр, були якомога більшими, а температура і тиск пари, що відводиться в конденсатор, - найменшими. Крім того, Карно вказав, як краще підводити тепло до робочого тіла, як краще розширювати це робоче тіло, як краще відводити від нього тепло і як краще знову підготувати робоче тіло до розширення. Ці вказівки були настільки точними, що якби вдалося побудувати тепловий двигун, що працює відповідно до рекомендацій Карно, - такий двигун був би ідеальним: у ньому майже все тепло при переході від джерела до охолоджувача перетворювалося б на механічну роботу, не гублячись на теплообмін з навколишнім середовищем. Така робота двигуна названа в термодинаміці роботою за ідеальним циклом Карно. По тому, як далеко відхиляється робота будь-якого теплового двигуна від роботи по циклу Карно, судять про досконалість цього двигуна: чим більше цикл двигуна схожий на цикл Карно, тим краще в такому двигуні використовується теплота.
Разом з маленькою книжечкою Саді Карно в життя увійшла нова наука - наука про теплоту. Творці теплових двигунів стали "зрячими". Вони могли вже конструювати теплові двигуни з відкритими очима, не блукаючи на дотик у потемках. У їхніх руках опинилися закони, за якими потрібно будувати двигуни. Ці закони лягли в основу вдосконалення не тільки парових машин, але і всіх теплових двигунів на багато років вперед аж до наших днів. Життя цього талановитого французького інженера і вченого обірвалося дуже рано. Він помер від холери в 1832 році, тридцяти шести років від роду. Все його особисте майно, в тому числі і найцінніші робочі зошити, було спалено. Саді Карно залишив людству тільки одну маленьку книжку, але і її виявилося достатнім, щоб зробити його ім 'я безсмертним.