Ciclul de căldură Carnot, numit mai corect ciclul Carnot, este un ciclu termodinamic idealizat care este utilizat pentru a determina eficiența maximă posibilă pentru un motor termic care funcționează între două temperaturi date. Este folosit în scopuri teoretice, dar nu poate funcționa efectiv în sisteme fizice. Deși, în teorie, un motor ar putea fi construit funcționând aproape de eficiența maximă, transferul de căldură în ciclu este prea lent pentru ca acesta să fie un sistem practic. Valoarea principală a ciclului Carnot constă în stabilirea randamentului maxim pentru alte tipuri de motoare termice.
Se fac două ipoteze în construirea ciclului de căldură Carnot, pentru a-i oferi eficiența maximă posibilă – toate procesele sunt reversibile și nu există nicio modificare a entropiei. Un proces reversibil este unul care poate fi reîntors la starea inițială fără pierderi de energie. Entropia este cantitatea de energie dintr-un sistem care nu este disponibilă pentru a lucra. Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, cantitatea de entropie dintr-un sistem trebuie să crească sau să rămână aceeași atunci când are loc un proces. Niciuna dintre aceste ipoteze nu poate fi îndeplinită în condiții naturale, dar sunt utile în determinarea eficienței maxime.
Patru procese se repetă într-un ciclu de căldură Carnot. Prima este o expansiune izotermă. „Izotermă” înseamnă că temperatura rămâne aceeași pe tot parcursul procesului. Volumul crește și presiunea scade în acest timp, iar energie este adăugată sistemului.
Următorul proces este cunoscut sub numele de expansiune adiabatică. În procesele adiabatice, nicio căldură nu este câștigată sau pierdută de către sistem. Modificările de temperatură apar din cauza modificărilor de presiune și volum. Pentru această etapă specială, presiunea este scăzută și volumul este crescut, pentru a scădea temperatura.
Al treilea este o compresie izotermă. Presiunea crește și volumul scade în timpul acestui proces, iar energia este eliminată din sistem. În cele din urmă, se efectuează o compresie adiabatică pentru a readuce sistemul la starea inițială. Creste presiunea si scade volumul pentru a creste temperatura.
Datorită ipotezei că nu există nicio modificare a entropiei în timpul ciclului Carnot, aceasta ar putea fi efectuată la nesfârșit și să mențină aceeași cantitate de energie de fiecare dată când a revenit la starea inițială. Totuși, există încă ceva entropie chiar și în acest sistem idealizat, ceea ce înseamnă că nu poate fi eficient 100%. Eficiența reală a unui ciclu de căldură Carnot poate fi calculată folosind temperaturile maxime și minime ale acestuia, pe scara de temperatură absolută sau Kelvin (K). În această ecuație, temperatura minimă este scăzută din maximă, iar acest număr este apoi împărțit la temperatura maximă.