Carnot šilumos ciklas, tiksliau vadinamas Carnot ciklu, yra idealizuotas termodinaminis ciklas, naudojamas siekiant nustatyti didžiausią galimą šilumos variklio, veikiančio tarp dviejų nurodytų temperatūrų, efektyvumą. Jis naudojamas teoriniais tikslais, bet iš tikrųjų negali veikti fizinėse sistemose. Nors teoriškai variklis gali būti sukonstruotas, veikiantis beveik maksimaliai efektyviai, šilumos perdavimas cikle yra per lėtas, kad tai būtų praktiška sistema. Pagrindinė Carnot ciklo vertė yra nustatyti didžiausią kitų tipų šilumos variklių efektyvumą.
Sudarant Carnot šilumos ciklą daromos dvi prielaidos, kad būtų pasiektas didžiausias galimas efektyvumas – visi procesai yra grįžtami, o entropija nesikeičia. Grįžtamasis procesas yra toks, kurį galima grąžinti į pradinę būseną neprarandant energijos. Entropija yra energijos kiekis sistemoje, kurios negalima atlikti darbui. Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį entropijos kiekis sistemoje turi padidėti arba išlikti toks pat, kai vyksta procesas. Nė viena iš šių prielaidų negali būti įvykdyta natūraliomis sąlygomis, tačiau jos yra naudingos nustatant maksimalų efektyvumą.
Carnot šilumos cikle kartojasi keturi procesai. Pirmasis yra izoterminis plėtimasis. „Izoterminė“ reiškia, kad temperatūra išlieka tokia pati viso proceso metu. Tuo metu tūris didėja ir slėgis mažėja, o energija pridedama prie sistemos.
Kitas procesas žinomas kaip adiabatinis išsiplėtimas. Adiabatiniuose procesuose sistema negauna ir nepraranda šilumos. Temperatūros pokyčiai atsiranda dėl slėgio ir tūrio pokyčių. Šiam konkrečiam žingsniui sumažinamas slėgis ir padidinamas tūris, kad būtų sumažinta temperatūra.
Trečia – izoterminis suspaudimas. Šio proceso metu slėgis didėja ir tūris mažėja, o energija pašalinama iš sistemos. Galiausiai, siekiant grąžinti sistemą į pradinę būseną, atliekamas adiabatinis suspaudimas. Slėgis didinamas ir tūris mažinamas, kad padidėtų temperatūra.
Darant prielaidą, kad Carnot ciklo metu entropija nesikeičia, tai gali būti atliekama be galo ir išlaikyti tą patį energijos kiekį kiekvieną kartą, kai grįžta į pradinę būseną. Tačiau net šioje idealizuotoje sistemoje vis dar yra entropijos, o tai reiškia, kad ji negali būti 100% efektyvi. Tikrasis Carnot šilumos ciklo efektyvumas gali būti apskaičiuotas naudojant jo maksimalią ir mažiausią temperatūrą absoliučioje arba Kelvino (K) temperatūros skalėje. Šioje lygtyje minimali temperatūra atimama iš didžiausios, o šis skaičius padalinamas iš maksimalios temperatūros.