1824년 프랑스의 공학자 카르노는 카로느 기관이라고 하는 이상적인 기관을 제안하였는데, 실용적으로나 이론적인 측면에서나 모두 중요하다. 그는 두 에너지 저장고 사이에서 이상적인 가역 순환 과정[1]으로 작동하는 열기관이 가장 효율이 좋은 기관임을 증명했다. 카르노의 정리는 다음과 같다.
두 에너지 저장고 사이에서 작동하는 실제 기관은 같은 두 에너지 저장고 사이에서 작동하는 카로노 기관보다 효율이 더 좋을 수 없다.
카르노 순환 과정은 두개의 단열 과정과 두개의 등온과정으로 이루어져 있으며 모두 가역 과정이다.
1. A->B (위 그림의 a) : 온도 Th에서 등온 팽창 한다. 팽창 과정에서 기체는 저장고로부터 에너지 Qh를 흡수하여 피스톤을 밀어올리며 일을한다.
2. B->C (위 그림의 b) : 원통의 바닥이 단열되고 기체는 단열 팽창한다. 팽창중 온도는 Th에서 Tc로 낮아지고 피스톤을 밀어올리면서 일을 한다.
3. C->D (위 그림의 c) : 온도 Tc에서 등온 압축된다. 이 과정동안 기체는 에너지Qc를 방출하고 피스톤이 기체에 일을 한다.
4. D->A (위 그림의 d) : 원통의 바닥이 단열되고 기체는 단열 압축한다. 기체의 온도는 Th로 올라가고 피스톤은 기체에 일을 한다.
- ↑ 카르노 순환 과정 이라고 함