Entre todos los procesos termodinámicos cíclicos, el ciclo de Carnot tiene un significado teórico especial y una aplicación práctica. A menudo se le llama insuperable, grande, ideal, etc. Y para muchos, generalmente parece ser algo misterioso e incomprensible. Sin embargo, si todos los acentos están colocados correctamente, toda la simplicidad, el genio y la belleza de este invento, que fue descubierto por el científico e ingeniero francés Sadi Carnot, se abrirán instantáneamente. Y quedará claro que no hay nada sobrenatural en el proceso que propone, sino solo el uso más eficiente de algunas leyes de la naturaleza.
Entonces, ¿qué es realmente el famoso y misterioso ciclo de Carnot? Puede definirse como un proceso cuasi-estático basado en poner en contacto térmico un sistema termodinámico con un par de tanques termostáticos que tienen valores de temperatura constantes y estables. Dondese supone que la temperatura del primero (calentador) excede la del segundo (refrigerador). El ciclo de Carnot consiste en que primero un sistema termodinámico, que inicialmente tiene un cierto valor térmico, entra en contacto con un calentador. Luego, por una disminución infinitamente lenta de la presión, se produce en él una expansión cuasi estática, acompañada del préstamo de calor del calentador y de la resistencia a la presión externa.
Después de eso, el sistema se aísla, lo que nuevamente provoca una expansión adiabática cuasiestática en él hasta que su temperatura alcanza la del refrigerador. Con este tipo de expansión, el sistema termodinámico también realiza un cierto trabajo de resistencia a la presión externa. En este estado, el sistema se pone en contacto con el refrigerador y, al aumentar continuamente la presión, se comprime hasta cierto punto, como resultado de lo cual transfiere completamente la energía térmica tomada del calentador al segundo depósito. El ciclo de Carnot es único en el sentido de que no va acompañado de ninguna pérdida de calor. Teóricamente, tal esquema puede llamarse una máquina de movimiento perpetuo. Esto se debe a que la eficiencia térmica del ciclo de Carnot, dependiendo únicamente de las temperaturas del par de tanques, siempre será la más alta posible. Sin embargo, nadie ha logrado aún crear una máquina cuya eficiencia térmica supere el treinta por ciento de la permitida por el proceso cíclico de Sadi Carnot.
Y este proceso se llama ideal porquemucho mejor que otros ciclos es capaz de convertir el calor en trabajo útil. Por otro lado, debido a las dificultades para organizar y realizar procesos isotérmicos, su aplicación en motores reales es extremadamente difícil. Para obtener la máxima eficiencia de transferencia de calor, dicha máquina debe estar completamente aislada del entorno externo, lo que en realidad es casi imposible.
El ciclo inverso de Carnot subyace en el principio de funcionamiento de una bomba de calor que, a diferencia de un refrigerador, debe dar la mayor cantidad de energía posible a algún objeto caliente, como un sistema de calefacción. Parte del calor se toma prestado del medio ambiente, que tiene una temperatura más baja, el resto de la energía requerida se libera durante la realización del trabajo mecánico, como un compresor.
