Blant alle sykliske termodynamiske prosesser har Carnot-syklusen en spesiell teoretisk betydning og praktisk anvendelse. Ofte kalles det uovertruffen, flott, ideell osv. Og for mange ser det generelt ut til å være noe mystisk og uforståelig. Imidlertid, hvis alle aksentene er riktig plassert, vil all enkelheten, genialiteten og skjønnheten til denne oppfinnelsen, som ble oppdaget av den franske vitenskapsmannen og ingeniøren Sadi Carnot, umiddelbart åpne seg. Og det vil bli klart at det ikke er noe overnaturlig i prosessen han foreslo, men bare den mest effektive bruken av noen naturlover.
Så hva er egentlig den berømte og mystiske Carnot-syklusen? Det kan defineres som en kvasistatisk prosess basert på å bringe et termodynamisk system i termisk kontakt med et par termostattanker med konstante og stabile temperaturverdier. Hvoridet antas at temperaturen på den første (varmeren) overstiger den på den andre (kjøleskapet). Carnot-syklusen består i at først et termodynamisk system, som i utgangspunktet har en viss termisk verdi, kommer i kontakt med en varmeovn. Deretter, ved en uendelig langsom reduksjon i trykk, forårsakes en kvasi-statisk ekspansjon i den, ledsaget av lån av varme fra varmeren og motstand mot ytre trykk.
Etter det er systemet isolert, noe som igjen forårsaker en kvasistatisk adiabatisk ekspansjon i det inntil temperaturen når kjøleskapet. Med denne typen ekspansjon utføres også et visst arbeid med motstand mot ytre trykk av det termodynamiske systemet. I denne tilstanden bringes systemet i kontakt med kjøleskapet, og ved å øke trykket kontinuerlig, komprimeres det til et visst punkt, som et resultat av at det deretter fullt ut overfører den termiske energien som er lånt fra varmeren til det andre reservoaret. Carnot-syklusen er unik ved at den ikke er ledsaget av noe varmetap. Teoretisk sett kan et slikt opplegg kalles en evighetsmaskin. Dette er fordi den termiske effektiviteten til Carnot-syklusen, utelukkende avhengig av temperaturene til tankparet, alltid vil være høyest mulig. Imidlertid har ingen ennå klart å lage en maskin hvis termiske effektivitet vil overstige tretti prosent av den som er tillatt av den sykliske prosessen til Sadi Carnot.
Og denne prosessen kalles ideell fordi denmye bedre enn andre sykluser er i stand til å omdanne varme til nyttig arbeid. På den annen side, på grunn av vanskelighetene med å organisere og utføre isotermiske prosesser, er bruken i ekte motorer ekstremt vanskelig. For maksimal varmeoverføringseffektivitet må en slik maskin være fullstendig isolert fra det ytre miljøet, noe som i realiteten er nesten umulig.
Den omvendte Carnot-syklusen ligger til grunn for driftsprinsippet til en varmepumpe, som i motsetning til et kjøleskap må gi mest mulig energi til en varm gjenstand, for eksempel et varmesystem. Noe av varmen er lånt fra miljøet, som har lavere temperatur, resten av den nødvendige energien frigjøres under utførelse av mekanisk arbeid, for eksempel en kompressor.
