Среди обратимых циклов особое значение имеет цикл, исследованный в 1824 г. Французским ученым С. Карно и носящий его имя. Цикл Карно состоит из преобразования теплоты в работу при наличии только двух источников теплоты: верхнего с температурой Т₁ и нижнего с температурой Т₂ < Т₁.

В прямом цикле Карно тело от точки 1 расширяется сначала при Т₁ = const с подводом теплоты q₁ на участке 1 – а, затем в диабатном процессе до точки 2, охлаждаясь до температуры Т₂ = const, после этого сжимается при Т₂ = const с отводом теплоты q₂ на участке 2 – b, а потом по диабате до восстановления первоначальных параметров в точке 1.

Прямой цикл Карно; а - на p-s диаграмме; в - на T-s диаграмме

Поскольку в обратимом процессе работа трения отсутствует, то изменения энтропии в адиабатных процессах а – 2 (расширение) и b – 1 (сжатие) не происходит, следовательно,

s_a = s₂ и s_b = s₁.

В соответствии с этим подведенная в изотермическом процессе при T₁ = const теплота

q₁ = T₁ (s₂ – s₁),

а отведенная теплота

q₂ = T₂ (s₂ – s₁).

Термодинамический КПД цикла Карно в соответствии с формулой (2.14);

или

Таким образом, в отличии от КПД других циклов термический КПД цикла Карно полностью определяется только температурами верхнего и нижнего источников теплоты и возрастает с повышением Т₁ и снижением Т₂. При этом КПД цикла Карно не зависит от рода теплоносителя и от величины полученной за цикл полезной работы.

Цикл Карно обладает также весьма важным свойством, которое позволяет использовать его как эталонный цикл: он имеет наивысший (для данных температур источника и холодильника) термический КПД. Таким образом можно утверждать, что при данной разности температур Т₁ и Т₂ термический КПД любого обратимого цикла, не ожжет быть больше термического КПД обратимого цикла, осуществляемого при тех же температурах Т₁ и Т₂.

Это же утверждение может быть сделано и по отношению к любому обратимому циклу, для температурных условий которого цикл Карно будет иметь наибольшие возможные значения холодильного коэффициента эффективности. При обратных циклах следует иметь в виду, что наиболее эффективным из них будет тот, который для переноса теплоты q₂ с температурного уровня Т₂ на Т₁ потребует подвода извне наименьшей работы, тогда как при прямом цикле эффективность определяется получением максимальной работы l_ц^max за счет подвода теплоты q₁.