熱機是現代社會應用最廣泛的設備，是將內能轉化為機械能的機器。下圖中的實驗說明了熱機的工作原理：
燃料燃燒時，燃料的化學能轉化為內能，再傳給試管中的水和水蒸氣；塞子受到水蒸氣的壓力而衝出去，水蒸氣的內能轉化為塞子的機械能。
熱機的種類很多，主要有：
蒸汽機
內燃機
汽輪機
噴氣發動機
在初中階段，我們主要學習內燃機（燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機），內燃機因燃料的不同，又分為汽油機和柴油機。下面王老師就以四衝程汽油機為例說一下內燃機的基本結構和工作過程。
先看一下汽油機的實際內部結構：
有點複雜，我們把它簡化一下：
再看一張王老師將其3D化後的圖：
內燃機工作時，燃料在汽缸中燃燒，活塞在汽缸中上下往復運動，連杆和曲軸的作用是將活塞的上下運動轉化為人們需要的持續轉動，如下圖：
活塞從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個衝程。四衝程汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個衝程的不斷循環來保證連續工作的。
下面是常見資料中一個工作循環的四個衝程工作示意圖：
吸氣衝程：
壓縮衝程：
做功衝程：
排氣衝程：
王老師也把工作過程3D化了，先看一下四衝程汽油機是怎麼持續工作的：
然後我們把這四個衝程逐一分析：
1、吸氣衝程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入氣缸。
2、壓縮衝程：進氣門和排氣門都關閉，活塞向下運動，燃料混合物被壓縮。這個衝程中機械能轉化為內能。
3、做功衝程：在壓縮衝程結束時，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，對外做功。這個衝程中內能轉化為機械能。
4、排氣衝程：進氣門保持關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出汽缸。然後重新進入吸氣衝程，持續循環下去。
大家要注意：在一個工作循環中，活塞往復兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次（只有做功衝程才對外輸出動力，其他三個衝程都是輔助衝程）。當內燃機啟動時，需要先藉助外力完成吸氣、壓縮衝程，成功完成做功衝程後，靠旋轉飛輪的慣性（不用再依靠外力）完成後續的排氣、吸氣、壓縮衝程。