Mezi všemi cyklickými termodynamickými procesy má Carnotův cyklus zvláštní teoretický význam a praktické využití. Často je nazýván nepřekonatelný, skvělý, ideální atd. A pro mnohé se obecně zdá být něčím tajemným a nepochopitelným. Pokud jsou však všechny akcenty správně umístěny, pak se veškerá jednoduchost, genialita a krása tohoto vynálezu, který objevil francouzský vědec a inženýr Sadi Carnot, okamžitě otevře. A bude jasné, že v procesu, který navrhl, není nic nadpřirozeného, ale pouze nejúčinnější využití některých přírodních zákonů.
Co je tedy ten slavný a tajemný Carnotův cyklus doopravdy? Lze jej definovat jako kvazistatický proces založený na přivedení termodynamického systému do tepelného kontaktu s dvojicí termostatických nádrží s konstantními a stabilními hodnotami teploty. V čempředpokládá se, že teplota prvního (ohřívače) převyšuje teplotu druhého (chladnička). Carnotův cyklus spočívá v tom, že nejprve přijde do kontaktu s ohřívačem termodynamický systém, který má zpočátku určitou tepelnou hodnotu. Potom nekonečně pomalým poklesem tlaku v něm vzniká kvazistatická expanze doprovázená výpůjčkou tepla z ohřívače a odporem vnějšímu tlaku.
Poté je systém izolován, což v něm opět způsobí kvazistatické adiabatické rozpínání, dokud jeho teplota nedosáhne teploty chladničky. U tohoto typu expanze vykonává určitou práci odolnosti vůči vnějšímu tlaku také termodynamický systém. V tomto stavu je systém uveden do kontaktu s chladničkou a neustálým zvyšováním tlaku je stlačován do určitého bodu, v důsledku čehož následně plně předává tepelnou energii vypůjčenou z ohřívače do druhého zásobníku. Carnotův cyklus je unikátní v tom, že není doprovázen žádnými tepelnými ztrátami. Teoreticky lze takové schéma nazvat perpetum mobile. Je to proto, že tepelná účinnost Carnotova cyklu, v závislosti pouze na teplotách dvojice nádrží, bude vždy nejvyšší možná. Nikomu se však dosud nepodařilo vytvořit stroj, jehož tepelná účinnost by přesáhla třicet procent té, kterou umožňuje cyklický proces Sadiho Carnota.
A tento proces se nazývá ideální, protože jemnohem lépe než jiné cykly dokáže přeměnit teplo na užitečnou práci. Na druhou stranu, kvůli obtížím s organizací a prováděním izotermických procesů, je jeho aplikace ve skutečných motorech extrémně obtížná. Pro maximální účinnost přenosu tepla musí být takový stroj zcela izolován od vnějšího prostředí, což je ve skutečnosti téměř nemožné.
Reverzní Carnotův cyklus je základem principu činnosti tepelného čerpadla, které na rozdíl od ledničky musí dodat co nejvíce energie nějakému horkému předmětu, jako je topný systém. Část tepla je vypůjčena z prostředí, které má nižší teplotu, zbytek potřebné energie se uvolňuje při výkonu mechanické práce, jako je kompresor.
