En värmemotor är en anordning som används för att omvandla termisk energi, eller värme, till mekaniskt arbete. Detta görs när värme, som härrör från en varm källa, går genom själva motorn och in i en kall diskbänk. Den kalla diskbänken är den lägre temperaturdelen av en termodynamisk cykel, till exempel kondenseringsenheten som finns i Rankine- eller ångcykeln. Det finns många olika typer av värmemotorer, som var och en har sin egen specifika cykel. Några exempel på värmemotorer skulle inkludera ång- och förbränningsmotorer, tillsammans med Stirlingmotorer och gasturbiner.
Vanligtvis kommer en värmemotor att förväxlas med den termodynamiska cykeln som äger rum i själva motorn. Detta beror främst på att värmemotorer ofta klassificeras efter sina specifika termodynamiska cykler. Själva enheten som omvandlar termisk energi till arbete är känd som ”motorn”, medan den termodynamiska modellen som tillämpas på motorn är ”cykeln”. På grund av detta kallas ångmaskiner inte som Rankine-motorer.
En effektiv värmemotor kommer att försöka efterlikna sin respektive cykel så bra som möjligt. Ju högre temperaturskillnad mellan den varma källan och den kalla diskbänken är inom cykeln, desto effektivare är motorn. Till exempel kräver en effektiv ångmaskin både en högtemperaturvärmekälla och en lågtemperaturkylsänka. I Rankine-cykeln använder en panna en högtemperaturbrännare för att omvandla vatten till ångan. Denna ånga går genom motorn och kondenseras sedan tillbaka till vatten genom en lågtemperaturkondensor.
Ju kallare kondensorn är, desto mer ånga kommer att kondenseras tillbaka till vatten. Detta beror på att kondensorer är gjorda för att effektivt vända mättnadsprocessen som utförs av pannan. Om du gör det kommer du att uppnå högre kondenseringshastigheter; ju högre hastigheten är, desto mer vatten kommer att returneras. Detta hjälper till att öka den totala effektiviteten av ångcykeln.
Även om värmemotorns effektivitet kan optimeras mycket genom en stor skillnad i temperaturer mellan den varma källan och den kalla diskbänken, är den fortfarande begränsad. Detta beror på att temperaturen på den kalla diskbänken är beroende av temperaturen som omger den, som i vissa situationer inte kan kylas till idealiska förhållanden. På grund av detta är effektiviteten hos en värmemotor begränsad till temperaturgränserna för den kalla diskbänken. En vanlig lösning på detta är att öka temperaturen på den varma källan; men även detta är begränsat till bristande materialstyrka under höga temperaturer.
Värmemotorns effektivitet varierar beroende på den specifika motorn och cykeln. Termisk verkningsgrad varierar allt från 3 % till cirka 70 %, med bilmotorer som uppnår en termisk verkningsgrad någonstans runt 25 %. De mer effektiva värmemotorerna finns i stora kraftverk, där både gas- och ångturbiner används för att generera el.