Cykl cieplny Carnota, bardziej poprawnie nazywany cyklem Carnota, jest wyidealizowanym cyklem termodynamicznym, który służy do określenia maksymalnej możliwej wydajności silnika cieplnego działającego między dwiema podanymi temperaturami. Jest używany do celów teoretycznych, ale w rzeczywistości nie może działać w systemach fizycznych. Chociaż teoretycznie można by skonstruować silnik pracujący w pobliżu maksymalnej sprawności, wymiana ciepła w cyklu jest zbyt wolna, aby był to praktyczny system. Główna wartość cyklu Carnota polega na ustaleniu maksymalnej sprawności dla innych typów silników cieplnych.
Przy konstruowaniu cyklu cieplnego Carnota przyjmuje się dwa założenia, aby zapewnić mu maksymalną możliwą wydajność — wszystkie procesy są odwracalne i nie ma zmiany entropii. Proces odwracalny to taki, który można przywrócić do pierwotnego stanu bez utraty energii. Entropia to ilość energii w systemie, która jest niedostępna do pracy. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ilość entropii w układzie musi wzrosnąć lub pozostać taka sama, gdy zachodzi proces. Żadne z tych założeń nie może być spełnione w warunkach naturalnych, ale są one przydatne przy wyznaczaniu maksymalnej wydajności.
W cyklu cieplnym Carnota powtarzają się cztery procesy. Pierwsza to ekspansja izotermiczna. „Izotermiczny” oznacza, że temperatura pozostaje taka sama przez cały proces. W tym czasie zwiększa się objętość i spada ciśnienie, a do systemu dodaje się energię.
Kolejny proces znany jest jako ekspansja adiabatyczna. W procesach adiabatycznych system nie pozyskuje ani nie traci ciepła. Zmiany temperatury następują w wyniku zmian ciśnienia i objętości. Na tym konkretnym etapie ciśnienie jest zmniejszane, a objętość zwiększana w celu obniżenia temperatury.
Trzecia to kompresja izotermiczna. Podczas tego procesu wzrasta ciśnienie i zmniejsza się objętość, a energia jest usuwana z systemu. Na koniec wykonywana jest kompresja adiabatyczna, aby przywrócić system do pierwotnego stanu. Ciśnienie jest zwiększane, a objętość zmniejszana w celu zwiększenia temperatury.
Ze względu na założenie, że nie ma zmiany entropii podczas cyklu Carnota, można go wykonywać w nieskończoność i utrzymywać tę samą ilość energii za każdym razem, gdy wraca do pierwotnego stanu. Jednak nawet w tym wyidealizowanym systemie nadal istnieje pewna entropia, co oznacza, że nie może on być w 100% wydajny. Rzeczywistą wydajność cyklu grzewczego Carnota można obliczyć na podstawie jego maksymalnych i minimalnych temperatur na skali temperatury bezwzględnej lub Kelvina (K). W tym równaniu minimalna temperatura jest odejmowana od maksymalnej, a ta liczba jest następnie dzielona przez maksymalną temperaturę.