Wśród wszystkich cyklicznych procesów termodynamicznych cykl Carnota ma szczególne znaczenie teoretyczne i praktyczne. Często nazywa się to niedoścignionym, wspaniałym, idealnym itp. I dla wielu na ogół wydaje się to czymś tajemniczym i niezrozumiałym. Jeśli jednak wszystkie akcenty zostaną poprawnie umieszczone, cała prostota, geniusz i piękno tego wynalazku, który odkrył francuski naukowiec i inżynier Sadi Carnot, natychmiast się otworzą. I stanie się jasne, że w proponowanym przez niego procesie nie ma nic nadprzyrodzonego, a jedynie najbardziej efektywne wykorzystanie niektórych praw natury.
Czym tak naprawdę jest słynny i tajemniczy cykl Carnota? Można go określić jako proces quasi-statyczny polegający na doprowadzeniu układu termodynamicznego do kontaktu termicznego z parą zbiorników termostatycznych o stałych i stabilnych wartościach temperatury. W którejzakłada się, że temperatura pierwszego (grzałki) jest wyższa od temperatury drugiego (chłodziarki). Cykl Carnota polega na tym, że najpierw układ termodynamiczny, mający początkowo określoną wartość cieplną, wchodzi w kontakt z grzałką. Następnie, poprzez nieskończenie powolny spadek ciśnienia, następuje w nim quasi-statyczne rozszerzenie, któremu towarzyszy pożyczanie ciepła z grzałki i odporność na ciśnienie zewnętrzne.
Po tym system jest izolowany, co ponownie powoduje w nim quasi-statyczną ekspansję adiabatyczną, aż jego temperatura osiągnie temperaturę lodówki. Przy tego rodzaju ekspansji pewna praca odporności na ciśnienie zewnętrzne jest również wykonywana przez układ termodynamiczny. W tym stanie układ styka się z lodówką i poprzez ciągłe zwiększanie ciśnienia zostaje skompresowany do pewnego punktu, w wyniku czego następnie w pełni przenosi energię cieplną pożyczoną z grzałki do drugiego zbiornika. Cykl Carnota jest wyjątkowy, ponieważ nie towarzyszy mu żadna utrata ciepła. Teoretycznie taki schemat można nazwać maszyną perpetuum mobile. Dzieje się tak, ponieważ sprawność cieplna cyklu Carnota, zależna wyłącznie od temperatur pary zbiorników, zawsze będzie najwyższa z możliwych. Jednak nikomu jeszcze nie udało się stworzyć maszyny, której sprawność cieplna przekroczyłaby trzydzieści procent tej, na którą pozwala cykliczny proces Sadi Carnota.
I ten proces nazywa się idealnym, ponieważznacznie lepiej niż inne cykle jest w stanie zamienić ciepło w użyteczną pracę. Z drugiej strony, ze względu na trudności w organizacji i przeprowadzeniu procesów izotermicznych, jego zastosowanie w rzeczywistych silnikach jest niezwykle trudne. Aby uzyskać maksymalną wydajność wymiany ciepła, taka maszyna musi być całkowicie odizolowana od środowiska zewnętrznego, co w rzeczywistości jest prawie niemożliwe.
Odwrócony cykl Carnota leży u podstaw działania pompy ciepła, która w przeciwieństwie do lodówki musi oddać jak najwięcej energii gorącemu obiektowi, np. systemowi grzewczemu. Część ciepła jest zapożyczana z otoczenia, które ma niższą temperaturę, reszta potrzebnej energii jest uwalniana podczas wykonywania prac mechanicznych, takich jak kompresor.
