Uma vez que as máquinas térmicas devem respeitar a segunda lei da termodinâmica, há um limite máximo de eficiência que uma máquina térmica pode atingir. Isso se deve pois sempre haverá uma parcela de energia na forma de calor que será rejeitada pela máquina térmica.
Uma forma de avaliar o seu rendimento é imaginar que se deseja de uma máquina térmica e o que se paga para obter isso. Por exemplo, ao desejar obter trabalho (W) se paga inserindo calor ao sistema (Q) logo o rendimento é:
$$ \eta = \frac{W}{Q} $$
Como o sistema opera em um ciclo termodinâmico o trabalho pode ser escrito como \( W = Q_{entra} \,– \,Q_{rejeitado}\)
onde \(Q_{entra} = Q\). A eficiência é simplificada por \( \eta = \frac{Q-Q_{rejeitado}}{Q}
\Rightarrow \eta = 1 - \frac{Q_{rejeitado}}{Q}\) .
A forma de se calcular a eficiência muda dependendo da máquina térmica em questão, por exemplo se tratando de uma máquina frigorífica se quer retirar calor e o que se paga é adicionar trabalho a máquina. Desse modo a eficiência é calculada de uma forma diferente da descrita acima.
O máximo rendimento que uma máquina térmica pode atingir é o rendimento do ciclo de Carnot equivalente operando na maior temperatura na fonte quente \( ( T_{quente}) \) e a sua menor temperatura na fonte fria \( ( T_{fria} ) \).
Portanto:
$$ \eta_{máxima} = 1 - \frac{T_{fria}}{T_{quente}} $$
A máxima eficiência é o caso ideal para uma máquina térmica (sendo menor que 100%). Uma máquina real opera longe do caso ideal, portanto é esperado que sua eficiência seja distante de 100%. As primeiras máquinas térmicas operavam com rendimento menores que 10%. Hoje com a evolução dessa tecnologia pode-se encontrar máquinas térmicas com rendimento próximos de 50%.
Em contraste, as máquinas elétricas geralmente possuem alto rendimento podendo chegar próximo a 90%. Esse motivo é aliado ao fato que geralmente as fontes de calor vêm da queima de combustíveis, portanto ocorrendo a emissão de gases, há um grande interesse na produção de veículos elétricos.
