Tarp visų ciklinių termodinaminių procesų Carnot ciklas turi ypatingą teorinę reikšmę ir praktinį pritaikymą. Dažnai tai vadinama neprilygstamu, puikiu, idealiu ir pan. Ir daugeliui tai apskritai atrodo kažkas paslaptingo ir nesuprantamo. Tačiau jei visi akcentai bus teisingai išdėstyti, tuomet akimirksniu atsivers visas šio išradimo paprastumas, genialumas ir grožis, kurį atrado prancūzų mokslininkas ir inžinierius Sadi Carnot. Ir paaiškės, kad jo pasiūlytame procese nėra nieko antgamtiško, o tik efektyviausias kai kurių gamtos dėsnių panaudojimas.
Taigi, kas iš tikrųjų yra garsusis ir paslaptingasis Carnot ciklas? Jį galima apibrėžti kaip kvazistatinį procesą, pagrįstą termodinaminės sistemos šiluminiu kontaktu su pora termostatinių rezervuarų, turinčių pastovias ir stabilias temperatūros vertes. Kuriamedaroma prielaida, kad pirmojo (šildytuvo) temperatūra viršija antrojo (šaldytuvo) temperatūrą. Carnot ciklas susideda iš to, kad pirmiausia termodinaminė sistema, turinti tam tikrą šiluminę vertę, pirmiausia susiliečia su šildytuvu. Tada, be galo lėtai mažėjant slėgiui, jame sukeliamas kvazistatinis plėtimasis, lydimas šilumos pasisavinimo iš šildytuvo ir atsparumo išoriniam slėgiui.
Po to sistema izoliuojama, o tai vėl sukelia kvazistatinį adiabatinį jos išsiplėtimą, kol jos temperatūra pasiekia šaldytuvo temperatūrą. Šio tipo plėtimosi metu tam tikrą atsparumo išoriniam slėgiui darbą atlieka ir termodinaminė sistema. Šioje būsenoje sistema susiliečia su šaldytuvu ir, nuolat didinant slėgį, yra suspaudžiama iki tam tikro taško, ko pasekoje iš šildytuvo pasiskolintą šiluminę energiją pilnai perkelia į antrąjį rezervuarą. Carnot ciklas yra unikalus tuo, kad jo nelydi jokie šilumos nuostoliai. Teoriškai tokią schemą galima pavadinti amžinuoju varikliu. Taip yra todėl, kad Carnot ciklo šiluminis efektyvumas, priklausantis tik nuo rezervuaro poros temperatūrų, visada bus didžiausias įmanomas. Tačiau dar niekam nepavyko sukurti mašinos, kurios šiluminis efektyvumas viršytų trisdešimt procentų nei leidžia ciklinis Sadi Carnot procesas.
Ir šis procesas vadinamas idealiu, nes jisdaug geriau nei kiti ciklai sugeba šilumą paversti naudingu darbu. Kita vertus, dėl izoterminių procesų organizavimo ir vykdymo sunkumų jo pritaikymas realiuose varikliuose yra itin sunkus. Siekiant maksimalaus šilumos perdavimo efektyvumo, tokia mašina turi būti visiškai izoliuota nuo išorinės aplinkos, o tai iš tikrųjų yra beveik neįmanoma.
Atvirkštinis Carnot ciklas grindžiamas šilumos siurblio veikimo principu, kuris, skirtingai nei šaldytuvas, turi suteikti kuo daugiau energijos kokiam nors įkaitusiam objektui, pavyzdžiui, šildymo sistemai. Dalis šilumos pasiskolinama iš aplinkos, kurios temperatūra žemesnė, likusi dalis reikalingos energijos išsiskiria atliekant mechaninius darbus, pavyzdžiui, kompresorius.
