Kaikista syklisistä termodynaamisista prosesseista Carnot-syklillä on erityinen teoreettinen merkitys ja käytännön sovellus. Usein sitä kutsutaan ylittämättömäksi, suureksi, ihanteelliseksi jne. Ja monille se näyttää yleensä olevan jotain mystistä ja käsittämätöntä. Kuitenkin, jos kaikki aksentit on sijoitettu oikein, kaikki tämän keksinnön yksinkertaisuus, nerokkuus ja kauneus, jonka ranskalainen tiedemies ja insinööri Sadi Carnot löysi, avautuu välittömästi. Ja tulee selväksi, ettei hänen ehdottamassaan prosessissa ole mitään yliluonnollista, vaan vain joidenkin luonnonlakien tehokkain käyttö.
Mikä sitten kuuluisa ja salaperäinen Carnot-sykli oikeastaan on? Se voidaan määritellä kvasistaattiseksi prosessiksi, joka perustuu termodynaamisen järjestelmän tuomiseen lämpökosketukseen termostaattisen säiliöparin kanssa, joilla on vakiot ja vakaat lämpötila-arvot. Jossaoletetaan, että ensimmäisen (lämmitin) lämpötila ylittää toisen (jääkaapin) lämpötilan. Carnot-sykli koostuu siitä, että ensin termodynaaminen järjestelmä, jolla on alun perin tietty lämpöarvo, tulee kosketukseen lämmittimen kanssa. Sitten paineen äärettömän hidas lasku aiheuttaa siihen kvasistaattisen laajenemisen, johon liittyy lämmön lainaaminen lämmittimestä ja vastustuskyky ulkoiselle paineelle.
Sen jälkeen järjestelmä eristetään, mikä taas aiheuttaa siinä kvasistaattisen adiabaattisen laajenemisen, kunnes sen lämpötila saavuttaa jääkaapin lämpötilan. Tämäntyyppisellä laajennuksella termodynaaminen järjestelmä suorittaa myös tietyn ulkoisen paineen vastustuskyvyn. Tässä tilassa järjestelmä saatetaan kosketukseen jääkaapin kanssa ja jatkuvasti painetta nostamalla se puristetaan tiettyyn pisteeseen, jonka seurauksena se siirtää sitten kokonaan lämmittimestä lainatun lämpöenergian toiseen säiliöön. Carnot-sykli on ainutlaatuinen siinä mielessä, että siihen ei liity lämpöhäviöitä. Teoreettisesti tällaista järjestelmää voidaan kutsua ikuiseksi liikekoneeksi. Tämä johtuu siitä, että Carnot-syklin lämpöhyötysuhde, joka riippuu yksinomaan säiliöparin lämpötiloista, on aina korkein mahdollinen. Kukaan ei kuitenkaan ole vielä onnistunut luomaan konetta, jonka lämpöhyötysuhde ylittäisi 30 prosenttia Sadi Carnotin syklisen prosessin sallimasta.
Ja tätä prosessia kutsutaan ihanteelliseksi, koska sepaljon paremmin kuin muut syklit pystyy muuttamaan lämmön hyödylliseksi työksi. Toisa alta isotermisten prosessien organisointi- ja toteuttamisvaikeuksien vuoksi sen käyttö todellisissa moottoreissa on erittäin vaikeaa. Maksimaalisen lämmönsiirtotehokkuuden saavuttamiseksi tällainen kone on eristettävä täysin ulkoisesta ympäristöstä, mikä on todellisuudessa lähes mahdotonta.
Käänteinen Carnot-kierto on lämpöpumpun toimintaperiaatteen taustalla, jonka on, toisin kuin jääkaapin, annettava mahdollisimman paljon energiaa johonkin kuumaan esineeseen, kuten lämmitysjärjestelmään. Osa lämmöstä lainataan ympäristöstä, jonka lämpötila on alhaisempi, loput tarvittavasta energiasta vapautuu mekaanisen työn, kuten kompressorin, suorittamisen aikana.
