Blandt alle cykliske termodynamiske processer har Carnot-cyklussen en særlig teoretisk betydning og praktisk anvendelse. Ofte kaldes det uovertruffen, stor, ideel osv. Og for mange ser det generelt ud til at være noget mystisk og uforståeligt. Men hvis alle accenterne er korrekt placeret, vil al enkelheden, genialiteten og skønheden ved denne opfindelse, som blev opdaget af den franske videnskabsmand og ingeniør Sadi Carnot, øjeblikkeligt åbne sig. Og det vil blive klart, at der ikke er noget overnaturligt i den proces, han foreslog, men kun den mest effektive brug af nogle naturlove.
Så hvad er den berømte og mystiske Carnot-cyklus egentlig? Det kan defineres som en kvasistatisk proces baseret på at bringe et termodynamisk system i termisk kontakt med et par termostattanke med konstante og stabile temperaturværdier. Hvoridet antages, at temperaturen på det første (varmelegeme) overstiger det andet (køleskab). Carnot-cyklussen består i, at først et termodynamisk system, der i begyndelsen har en vis termisk værdi, kommer i kontakt med en varmelegeme. Derefter, ved et uendeligt langsomt fald i tryk, forårsages en kvasistatisk ekspansion i det, ledsaget af lån af varme fra varmelegemet og modstand mod ydre tryk.
Derefter er systemet isoleret, hvilket igen forårsager en kvasistatisk adiabatisk ekspansion i det, indtil dets temperatur når køleskabets temperatur. Med denne form for ekspansion udføres også et vist arbejde med modstand mod ydre tryk af det termodynamiske system. I denne tilstand bringes systemet i kontakt med køleskabet, og ved kontinuerligt at øge trykket komprimeres det til et bestemt punkt, som et resultat af hvilket det derefter fuldt ud overfører den termiske energi, der er lånt fra varmeren, til det andet reservoir. Carnot-cyklussen er unik ved, at den ikke er ledsaget af varmetab. Teoretisk kan et sådant skema kaldes en evighedsmaskine. Dette skyldes, at den termiske effektivitet af Carnot-cyklussen, udelukkende afhængig af temperaturerne i tankparret, altid vil være den højest mulige. Der er dog endnu ingen, der har formået at skabe en maskine, hvis termiske effektivitet ville overstige tredive procent af den, der er tilladt af Sadi Carnots cykliske proces.
Og denne proces kaldes ideel, fordi denmeget bedre end andre cyklusser er i stand til at omdanne varme til nyttigt arbejde. På den anden side, på grund af vanskelighederne med at organisere og udføre isotermiske processer, er dens anvendelse i rigtige motorer ekstremt vanskelig. For at opnå maksimal varmeoverførselseffektivitet skal en sådan maskine være fuldstændig isoleret fra det ydre miljø, hvilket i virkeligheden er næsten umuligt.
Den omvendte Carnot-cyklus ligger til grund for driften af en varmepumpe, som i modsætning til et køleskab skal give så meget energi som muligt til en varm genstand, såsom et varmesystem. Noget af varmen er lånt fra omgivelserne, som har en lavere temperatur, resten af den nødvendige energi frigives under udførelsen af mekanisk arbejde, såsom en kompressor.
