On schématise ainsi:

Pour l'étude, on considère que: * T1 > T2 (source chaude / froide) * n'échange que de la chaleur avec et * n'échange que du travail avec le milieu extérieur * La variation d'entropie du système extérieur est nulle * Un cycle est réversible, c'est à dire que la variation d'entropie globale est nulle
On peut déjà remarquer que: * La variation d'entropie de est nulle au cours d'un cycle: lors d'un cycle, l'état initial et l'état final sont les mêmes. Puisque l'entropie est une fonction d'état, elle ne dépend que de l'état du système et ainsi les entropies de l'état intital et de l'état final sont les mêmes, et la variation d'entropie est nulle. De même, lors d'un cycle, la variation d'énergie interne de est nulle.
Remarque: on ne peut évidemment pas dire la même chose de , et du milieu extérieur: eux n'effectuent pas de cycle et changent d'état, seul effectue un cycle
Application du premier principe:

Application du second principe:

Lorsque Q1, Q2 ou W est positif, cela signifie que la machine thermique reçoit de l'énergie, et on oriente la flèche vers . A l'inverse, lorsque Q1, Q2 ou W est négatif, cela signifie que la machine thermique perd de l'énergie, et on oriente la flèche dans l'autre sens . réfrigérateur On étudie maintenant un réfrigérateur. La source froide est le réfrigérateur, qu'on souhaite garder à une température constante T2. La source chaude est le milieu extérieur, à température considérée comme constante T1. Comme le réfrigérateur n'est pas parfaitement isolé thermiquement, le réfrigérateur reçoit une certaine quantité de chaleur, qu'on doit alors lui reprendre.
Second principe: d'où donc:

Premier principe:

D'où le COP:

Machine thermodynamique

Une pompe à chaleur est, comme un réfrigérateur, une machine thermodynamique constituée d’un circuit fermé dans lequel circule un fluide de travail (fluide frigorigène). Ce circuit est composé de quatre éléments principaux :