Onder alle cyclische thermodynamicaprocessen van bijzonder theoretische betekenis en praktische toepassing is de Carnot-cyclus. Hij wordt vaak onovertroffen genoemd, groot, ideaal, enz. En voor velen lijkt hij over het algemeen iets mysterieus en onbegrijpelijks. Als je echter alle accenten correct plaatst, dan zal alle eenvoud, genialiteit en schoonheid van deze uitvinding, die werd ontdekt door de Franse wetenschapper en ingenieur Sadi Carnot, onmiddellijk openen. En het zal duidelijk worden dat er niets bovennatuurlijks is in het proces dat hij voorstelde, maar alleen het meest effectieve gebruik van sommige natuurwetten.
Dus wat is preciesde beroemde en mysterieuze Carnot-cyclus? Het kan worden gedefinieerd als een quasi-statisch proces gebaseerd op het in thermisch contact brengen van een thermodynamisch systeem met een paar thermostatische reservoirs met constante en stabiele temperatuurwaarden. Aangenomen wordt dat de temperatuur van de eerste (kachel) hoger is dan die van de tweede (koelkast). De Carnot-cyclus is dat eerst een thermodynamisch systeem, dat aanvankelijk een bepaalde thermische waarde heeft, in contact komt met de kachel. Vervolgens wordt door een oneindig langzame drukverlaging daarin een quasi-statische expansie veroorzaakt, vergezeld van het lenen van warmte van de kachel en weerstand tegen externe druk.
Daarna wordt het systeem geïsoleerd, wat opnieuwveroorzaakt daarin een quasi-statische uitzetting langs de adiabat totdat de temperatuur dezelfde parameters van de koelkast bereikt. Met dit type expansie verricht het thermodynamische systeem ook wat weerstandswerk tegen externe druk. In deze toestand wordt het systeem in contact gebracht met de koelkast, terwijl het, door de druk continu te verhogen, tot een bepaald punt wordt gecomprimeerd, waardoor het vervolgens de van de verwarmer geleende thermische energie volledig overdraagt naar het tweede reservoir. De Karnot-cyclus is uniek omdat deze niet gepaard gaat met enig warmteverlies. In theorie kan zo'n schema een perpetuum mobile worden genoemd. Dit komt omdat het thermische rendement van de Carnot-cyclus, die uitsluitend afhangt van de temperaturen van een paar tanks, altijd het hoogst mogelijke zal zijn. Tot dusver heeft niemand echter een machine kunnen maken, waarvan het thermische rendement meer dan dertig procent zou bedragen van het toegestane door het cyclische proces van Sadi Carnot.
En dit proces wordt ideaal genoemd, omdat hetveel beter dan andere cycli kan warmte omzetten in nuttig werk. Aan de andere kant, vanwege de moeilijkheden bij het organiseren en uitvoeren van isotherme processen, is de toepassing ervan in echte motoren buitengewoon moeilijk. Voor een maximale warmteoverdrachtsefficiëntie moet een dergelijke machine volledig geïsoleerd zijn van de externe omgeving, wat in de praktijk praktisch onmogelijk is.
De omgekeerde Carnot-cyclus ligt ten grondslag aan het principede werking van een warmtepomp, die, in tegenstelling tot een koelmachine, zoveel mogelijk energie moet geven aan een heet voorwerp, bijvoorbeeld een verwarmingssysteem. Een deel van de warmte komt uit de externe omgeving, die een lagere temperatuur heeft, de rest van de benodigde energie komt vrij bij het uitvoeren van mechanisch werk, zoals een compressor.
