Tra tutti i processi termodinamici ciclici, il ciclo di Carnot ha un significato teorico speciale e un'applicazione pratica. Spesso è chiamato insuperabile, grande, ideale, ecc. E per molti generalmente sembra essere qualcosa di misterioso e incomprensibile. Tuttavia, se tutti gli accenti sono posizionati correttamente, tutta la semplicità, il genio e la bellezza di questa invenzione, scoperta dallo scienziato e ingegnere francese Sadi Carnot, si apriranno immediatamente. E diventerà chiaro che non c'è nulla di soprannaturale nel processo da lui proposto, ma solo l'uso più efficiente di alcune leggi della natura.
Allora, qual è davvero il famoso e misterioso ciclo di Carnot? Può essere definito come un processo quasi statico basato sul portare un sistema termodinamico a contatto termico con una coppia di serbatoi termostatici aventi valori di temperatura costanti e stabili. in cuisi presume che la temperatura del primo (riscaldatore) superi quella del secondo (frigorifero). Il ciclo di Carnot consiste nel fatto che prima un sistema termodinamico, avente inizialmente un certo valore termico, viene a contatto con un riscaldatore. Quindi, a causa di una diminuzione infinitamente lenta della pressione, in essa si provoca un'espansione quasi statica, accompagnata dal prelievo di calore dal riscaldatore e dalla resistenza alla pressione esterna.
Dopodiché, il sistema viene isolato, il che provoca nuovamente un'espansione adiabatica quasi statica fino a quando la sua temperatura non raggiunge quella del frigorifero. Con questo tipo di espansione, anche il sistema termodinamico svolge un certo lavoro di resistenza alla pressione esterna. In questo stato il sistema viene portato a contatto con il frigorifero e, aumentando continuamente la pressione, viene compresso fino a un certo punto, per cui trasferisce completamente l'energia termica sottratta al riscaldatore al secondo serbatoio. Il ciclo di Carnot è unico in quanto non è accompagnato da alcuna perdita di calore. In teoria, un tale schema può essere chiamato una macchina a moto perpetuo. Questo perché l'efficienza termica del ciclo di Carnot, dipendente esclusivamente dalle temperature della coppia di serbatoi, sarà sempre la più alta possibile. Tuttavia, nessuno è ancora riuscito a realizzare una macchina la cui efficienza termica supererebbe il trenta per cento di quella consentita dal processo ciclico di Sadi Carnot.
E questo processo è chiamato ideale perchémolto meglio di altri cicli è in grado di convertire il calore in lavoro utile. D' altra parte, a causa delle difficoltà nell'organizzazione e nell'esecuzione dei processi isotermici, la sua applicazione nei motori reali è estremamente difficile. Per la massima efficienza di trasferimento del calore, una macchina del genere deve essere completamente isolata dall'ambiente esterno, cosa che in re altà è quasi impossibile.
Il ciclo di Carnot inverso è alla base del principio di funzionamento di una pompa di calore, che, a differenza di un frigorifero, deve dare quanta più energia possibile a qualche oggetto caldo, come un impianto di riscaldamento. Parte del calore viene preso in prestito dall'ambiente, che ha una temperatura più bassa, il resto dell'energia richiesta viene rilasciata durante l'esecuzione di lavori meccanici, come un compressore.
