Az összes ciklikus termodinamikai folyamat közül a Carnot-ciklusnak különös elméleti jelentősége és gyakorlati alkalmazása van. Gyakran nevezik felülmúlhatatlannak, nagyszerűnek, ideálisnak stb. És sokak számára általában valami titokzatosnak és felfoghatatlannak tűnik. Ha azonban az összes hangsúlyt helyesen helyezzük el, akkor ennek a találmánynak az egyszerűsége, zsenialitása és szépsége, amelyet Sadi Carnot francia tudós és mérnök fedezett fel, azonnal megnyílik. És világossá válik, hogy az általa javasolt folyamatban nincs semmi természetfeletti, csak néhány természeti törvény leghatékonyabb felhasználása.
Mi is valójában a híres és titokzatos Carnot-ciklus? Kvázi statikus folyamatként definiálható, amely egy termodinamikai rendszer hőkontaktusába hozása egy pár termosztatikus tartállyal, amelyek állandó és stabil hőmérsékletűek. Aholfeltételezzük, hogy az első (fűtő) hőmérséklete meghaladja a második (hűtő) hőmérsékletét. A Carnot-ciklus abból áll, hogy először egy termodinamikai rendszer, amely kezdetben bizonyos hőértékkel rendelkezik, érintkezésbe kerül egy fűtőberendezéssel. Ekkor a nyomás végtelenül lassú csökkenése kvázi statikus tágulást idéz elő benne, ami a fűtőtestből hőfelvétellel és a külső nyomással szembeni ellenállással jár együtt.
Ezt követően a rendszert leválasztják, ami ismét kvázi statikus adiabatikus tágulást okoz benne, amíg a hőmérséklete el nem éri a hűtőszekrény hőmérsékletét. Az ilyen típusú tágításnál a termodinamikai rendszer bizonyos külső nyomásállósági munkát is végrehajt. Ebben az állapotban a rendszer érintkezésbe kerül a hűtővel, és a nyomás folyamatos növelésével egy bizonyos pontig összenyomódik, aminek eredményeként a fűtőtestből kölcsönzött hőenergiát teljes mértékben átadja a második tartálynak. A Carnot ciklus egyedülálló abban, hogy nem jár hőveszteséggel. Elméletileg egy ilyen sémát örökmozgónak nevezhetünk. Ennek az az oka, hogy a Carnot-ciklus termikus hatásfoka, kizárólag a tartálypár hőmérsékletétől függően, mindig a lehető legmagasabb lesz. Azonban még senkinek sem sikerült olyan gépet létrehoznia, amelynek termikus hatásfoka meghaladná a Sadi Carnot ciklikus folyamata által megengedett harminc százalékát.
És ezt a folyamatot ideálisnak nevezik, mert azmás ciklusoknál sokkal jobban képes a hőt hasznos munkává alakítani. Másrészt az izoterm folyamatok megszervezésének és végrehajtásának nehézségei miatt valós motorokban való alkalmazása rendkívül nehézkes. A maximális hőátadási hatékonyság érdekében egy ilyen gépet teljesen el kell szigetelni a külső környezettől, ami a valóságban szinte lehetetlen.
A fordított Carnot-ciklus a hőszivattyú működési elvét alapozza meg, amelynek a hűtővel ellentétben a lehető legtöbb energiát kell adnia valamilyen forró tárgynak, például egy fűtési rendszernek. A hő egy részét az alacsonyabb hőmérsékletű környezetből kölcsönzik, a szükséges energia fennmaradó része mechanikai munkavégzés során szabadul fel, például kompresszor.
