ısı enerjisinden mekanik enerji elde etmenin en verimli yöntemidir. bu yöntemden hiç taviz vermeden mümkün olabilecek en verimli makinayı üretmek yıldızlar kadar uzak bir hedef olsa bile "nasıl üretilebilirdi" yi bilmek en verimli makinayı üretme yolunda yıldızlar gibi yol göstericidir.
verim girdi başına elde edilen çıktıysa, "en verimlisi olsun" arzusunu her zaman "aman girdiklerim ziyan olmasın" kaygısı izlemek zorundadır. ziyan olmak demek dönüşü yok uçtu gitti demektir çünkü. bebek yüz carnot da, aynen bu motivasyonla, gerçek bir sistemde enerji kaybına neden olan faktörleri aramış bulmuş, sonra bu kayıpların olmaması için sistemin nasıl çalışması gerektiğini tehayyül etmiş, en sonunda da böyle hayali bir sistemin verimini oturup hesaplamış. malum, enerji kaybına neden olan bir numaralı etken mekanik sürtünmeler olduğundan carnot önce "sürtünme olmasaydı" demiş. ikinci önemli faktör, öyle pat diye söylemesi biraz zor olan bir faktör olup, ısı iletimi sırasında oluşan enerji kayıplarıdır. iki cisim arasındaki sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa ısı iletiminden kaynaklanan enerji kayıpları da o kadar büyük olmakta. carnot bunu su değirmenlerine bakarken, kovaların tam su seviyelerinde düzgün bir akışla doldurulduğunu farkettiğinde keşfetmiş. o zaman jeton düşmüş. demek önce kovanın bulunduğu seviyeyi su seviyesine mümkün olduğu kadar yaklaştırmalı, ondan sonra doldurma/boşaltma işlemi yapılmalıymış.
ideal gaz denklemi mekanik hareketi nasıl vereceğimizi söyler bize zaten, "ısıtırsan genleşir" der. örneğin silindir içindeki gazın genleşmesi sonucu piston yukarı kalkar. sıcaklık hep aynı kalıyorsa (bkz:
izotermal genleşme), yani hep ayni p-v eğrisi üzerinde kalıyorsak ve dışarı bir ısı kaçağı yoksa, verilen ısı enerjisinin yüzdeyüzü mekanik enerjiye dönüşmüş olur. yüzde yüz verim oldu ama sen ısıt piston yükselsin nereye kadar. böyle makina olmaz. baştaki duruma geri dönmek şart, olayın çevrim olma zorunluluğu da burdan geliyor. bir öneri olarak biri çıkıp "ısı çekelim, piston geldiği eğri üzerinden başlangıç durumuna geri dönsün" diyebilir, desin, ama yasaya aykırı konuşmuş olur. çünkü bu durumda sistemden ısı çekmek için de eşit miktarda iş yapmak gerekeceğinden net iş sıfır olur. tek kaynaktan ısı çekerek mekanik enerji elde etmek bu nedenle mümkün değildir. daha az enerji harcayarak eski duruma geri dönülebilecek başka bir yol lazım. bunun için sistemden ısı çekilmesi şart ama daha düşük bir sıcaklığa karşılık gelen p-v eğrisi üzerindeyken. bunun için de daha düşük sıcaklıkta bir ısı rezervuarına ihtiyaç vadır.
ideal gaz denkleminin söylemediği bir şey ısıl iletimi sırasındaki kayıpları nasıl ortadan kaldıracağımızdır. bunun yolu aralarında ısı iletimi olacak olan iki cisimin sıcaklıkları arasındaki farkı (tıpkı yukardaki yükseklik farkı gibi) çok çok küçük tutmak. bunun için yüksek sıcaklık seviyesindeki gazı doğrudan soğuk rezervuara bağlamak olmaz. gazın soğuk rezervuar sıcaklığına kadar mümkün mertebe inmesi için, dışarı enerji kaçırmadan, sadece genleştirerek soğutmak gerekir (bkz:
adyabatik genleşme). ısıl iletimi sırasındaki kayıpları bu yolla azaltmak verimi arttırır arttırmasına ama, sistemi üretilemez bir hale de sokar bir yandan. çünkü ısı iletimi denklemine göre ısı iletiminin hızını arttıran şey iki cisim arasındaki sıcaklık farkının büyük olması. fark azaldıkça ısı iletimi kayıpları azalır ama ısı iletimi çok çok yavaşlar. son olarak ikinci eğriye vardıktan sonra bir izotermal ve bir adyabatik sıkışma ile çevrim tamamlanır ve daha az enerji harcanarak başlangış noktasına ulaşılmış olur.
