Carnot -lämpöjakso, joka tunnetaan paremmin nimellä Carnot -sykli, on idealisoitu termodynaaminen sykli, jota käytetään määrittämään maksimaalinen mahdollinen hyötysuhde lämpömoottorille, joka toimii kahden tietyn lämpötilan välillä. Sitä käytetään teoreettisiin tarkoituksiin, mutta se ei voi toimia fyysisissä järjestelmissä. Vaikka teoriassa moottori voitaisiin rakentaa toimimaan lähellä suurinta hyötysuhdetta, lämmönsiirto syklissä on liian hidasta ollakseen käytännöllinen järjestelmä. Carnot -syklin tärkein arvo on maksimaalisen tehokkuuden määrittäminen muille lämpömoottoreille.
Kaksi olettamusta tehdään Carnot -lämpöjakson rakentamisessa, jotta saadaan mahdollisimman suuri hyötysuhde – kaikki prosessit ovat palautuvia, eikä entropia muutu. Käänteinen prosessi on prosessi, joka voidaan palauttaa alkuperäiseen tilaansa menettämättä energiaa. Entropia on energian määrä järjestelmässä, joka ei ole käytettävissä tehtävään. Termodynamiikan toisen lain mukaan järjestelmän entropian määrän on lisättävä tai pysyttävä samana prosessin tapahtuessa. Kumpikaan näistä oletuksista ei voi täyttyä luonnollisissa olosuhteissa, mutta niistä on hyötyä suurimman hyötysuhteen määrittämisessä.
Neljä prosessia toistetaan Carnot -lämpöjaksossa. Ensimmäinen on isoterminen laajeneminen. ‘Isoterminen’ tarkoittaa, että lämpötila pysyy samana koko prosessin ajan. Tilavuus kasvaa ja paine laskee tämän aikana, ja järjestelmään lisätään energiaa.
Seuraava prosessi tunnetaan adiabaattisena laajennuksena. Adiabaattisissa prosesseissa järjestelmä ei kerää tai menetä lämpöä. Lämpötilan muutokset johtuvat paineen ja tilavuuden muutoksista. Tässä vaiheessa painetta alennetaan ja tilavuutta lisätään lämpötilan alentamiseksi.
Kolmas on isoterminen puristus. Paine kasvaa ja tilavuus pienenee tämän prosessin aikana ja energia poistuu järjestelmästä. Lopuksi suoritetaan adiabaattinen pakkaus järjestelmän palauttamiseksi alkuperäiseen tilaansa. Paine kasvaa ja tilavuus pienenee lämpötilan nostamiseksi.
Koska oletetaan, että entropiassa ei tapahdu muutoksia Carnot -syklin aikana, se voitaisiin suorittaa loputtomasti ja säilyttää sama energiamäärä aina, kun se palasi alkuperäiseen tilaansa. Jopa tässä idealisoidussa järjestelmässä on kuitenkin jonkin verran entropiaa, mikä tarkoittaa, että se ei voi olla 100% tehokas. Carnot -lämpöjakson todellinen hyötysuhde voidaan laskea käyttämällä sen enimmäis- ja minimilämpötiloja absoluuttisessa tai Kelvin (K) -lämpötila -asteikossa. Tässä yhtälössä minimilämpötila vähennetään maksimista ja tämä luku jaetaan sitten maksimilämpötilalla.