Van alle cyclische thermodynamische processen heeft de Carnot-cyclus een speciale theoretische betekenis en praktische toepassing. Vaak wordt het onovertroffen, groots, ideaal enz. genoemd. En voor velen lijkt het over het algemeen iets mysterieus en onbegrijpelijks te zijn. Als echter alle accenten correct worden geplaatst, zal alle eenvoud, genialiteit en schoonheid van deze uitvinding, die werd ontdekt door de Franse wetenschapper en ingenieur Sadi Carnot, onmiddellijk opengaan. En het zal duidelijk worden dat er niets bovennatuurlijks is in het proces dat hij voorstelde, maar alleen het meest efficiënte gebruik van enkele natuurwetten.
Dus wat is de beroemde en mysterieuze Carnot-cyclus eigenlijk? Het kan worden gedefinieerd als een quasi-statisch proces dat gebaseerd is op het in thermisch contact brengen van een thermodynamisch systeem met een paar thermostatische tanks met constante en stabiele temperatuurwaarden. Waarinaangenomen wordt dat de temperatuur van de eerste (verwarmer) hoger is dan die van de tweede (koelkast). De Carnot-cyclus bestaat erin dat eerst een thermodynamisch systeem, dat aanvankelijk een bepaalde thermische waarde heeft, in contact komt met een verwarming. Dan, door een oneindig langzame afname van de druk, wordt daarin een quasi-statische uitzetting veroorzaakt, vergezeld van het ontlenen van warmte van de verwarmer en weerstand tegen externe druk.
Daarna wordt het systeem geïsoleerd, wat opnieuw een quasi-statische adiabatische uitzetting veroorzaakt totdat de temperatuur die van de koelkast bereikt. Met dit type expansie wordt ook een bepaald werk van weerstand tegen externe druk uitgevoerd door het thermodynamische systeem. In deze toestand wordt het systeem in contact gebracht met de koelkast en door continu de druk op te voeren wordt het tot een bepaald punt gecomprimeerd, waardoor het de van de verwarming geleende thermische energie vervolgens volledig naar het tweede reservoir overdraagt. De Carnot-cyclus is uniek omdat deze niet gepaard gaat met warmteverlies. Theoretisch kan zo'n schema een perpetuum mobile worden genoemd. Dit komt omdat het thermisch rendement van de Carnot-cyclus, uitsluitend afhankelijk van de temperaturen van het tankpaar, altijd het hoogst mogelijke zal zijn. Het is echter nog niemand gelukt om een machine te maken waarvan het thermische rendement meer dan dertig procent zou bedragen van het cyclische proces van Sadi Carnot.
En dit proces wordt ideaal genoemd omdat hetveel beter dan andere cycli in staat is om warmte om te zetten 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 efficiëntie van de warmteoverdracht moet een dergelijke machine volledig worden geïsoleerd van de externe omgeving, wat in werkelijkheid bijna onmogelijk is.
De omgekeerde Carnot-cyclus ligt ten grondslag aan het werkingsprincipe van een warmtepomp, die, in tegenstelling tot een koelkast, zoveel mogelijk energie moet geven aan een heet voorwerp, zoals een verwarmingssysteem. Een deel van de warmte wordt ontleend aan de omgeving, die een lagere temperatuur heeft, de rest van de benodigde energie komt vrij bij het uitvoeren van mechanische werkzaamheden, zoals een compressor.
