Bland alla cykliska termodynamiska processer har Carnot-cykeln en speciell teoretisk betydelse och praktisk tillämpning. Ofta kallas det oöverträffat, stort, idealiskt etc. Och för många verkar det i allmänhet vara något mystiskt och obegripligt. Men om alla accenter är korrekt placerade, kommer all enkelhet, geni och skönhet i denna uppfinning, som upptäcktes av den franska vetenskapsmannen och ingenjören Sadi Carnot, omedelbart att öppna sig. Och det kommer att bli tydligt att det inte finns något övernaturligt i den process han föreslog, utan bara den mest effektiva användningen av vissa naturlagar.
Så vad är den berömda och mystiska Carnot-cykeln egentligen? Det kan definieras som en kvasistatisk process baserad på att bringa ett termodynamiskt system i termisk kontakt med ett par termostattankar med konstanta och stabila temperaturvärden. Vart idet antas att temperaturen på den första (värmaren) överstiger den för den andra (kylskåpet). Carnot-cykeln består i det faktum att först ett termodynamiskt system, som initi alt har ett visst termiskt värde, kommer i kontakt med en värmare. Sedan, genom en oändligt långsam minskning av trycket, orsakas en kvasistatisk expansion i den, åtföljd av lån av värme från värmaren och motstånd mot yttre tryck.
Därefter är systemet isolerat, vilket återigen orsakar en kvasistatisk adiabatisk expansion i det tills dess temperatur når den i kylskåpet. Med denna typ av expansion utförs också ett visst arbete av motstånd mot yttre tryck av det termodynamiska systemet. I detta tillstånd bringas systemet i kontakt med kylskåpet, och genom att kontinuerligt öka trycket komprimeras det till en viss punkt, vilket resulterar i att det sedan helt överför den termiska energin som lånas från värmaren till den andra behållaren. Carnot-cykeln är unik genom att den inte åtföljs av någon värmeförlust. Teoretiskt kan ett sådant schema kallas en evighetsmaskin. Detta beror på att den termiska verkningsgraden för Carnot-cykeln, enbart beroende på temperaturerna i tankparet, alltid kommer att vara den högsta möjliga. Men ingen har ännu lyckats skapa en maskin vars termiska effektivitet skulle överstiga trettio procent av den som tillåts av Sadi Carnots cykliska process.
Och den här processen kallas idealisk eftersom denmycket bättre än andra kretslopp kan omvandla värme till nyttigt arbete. Å andra sidan, på grund av svårigheterna med att organisera och utföra isotermiska processer, är dess tillämpning i riktiga motorer extremt svår. För maximal värmeöverföringseffektivitet måste en sådan maskin vara helt isolerad från den yttre miljön, vilket i verkligheten är nästan omöjligt.
Den omvända Carnot-cykeln ligger till grund för principen för driften av en värmepump, som till skillnad från ett kylskåp måste ge så mycket energi som möjligt till något hett föremål, till exempel ett värmesystem. En del av värmen lånas från omgivningen, som har en lägre temperatur, resten av den energi som krävs frigörs under utförandet av mekaniskt arbete, såsom en kompressor.
