さて、カルノーは効率のよい熱機関をつくるための基本アイデアとして、現実を理想化した可逆的に運転できる機関と過程を考えた。そのためにこの熱機関における熱の移動は温度差がない２つの（部分）系の間に行われる過程に限った。カルノーの熱機関は、高温T_Hの熱源とそれより低温T_Lの熱源、作業物質（普通気体）を含む熱機関の本体、それが仕事をする物体から構成されているとする。この機関を次のような４つの過程を辿って運転する。

　　（１）機関の本体を高熱源に接触させ、この温度を保って（等温的に）作業物質を膨張させる。この間に熱Q_Hが熱源から機関本体に移動する。

　　（２）機関本体を高熱源から離し、断熱的に低い温度T_Lまで、さらに膨張させる。

　　（３）機関の本体を断熱装置から話し、低熱源に接触させ、この温度を保って（等温的に）作業物質を収縮させる。この間に熱Q_Lが機関本体から熱源に移動する。

　　（４）機関本体を低熱源から離し、断熱的に高い温度T_Hまで、さらに収縮させる。

　この４過程は最初に戻るから、サイクルとなり、連続して運転することができる。このサイクル過程をカルノー・サイクルという。

[問題] 作業物質として完全（理想）気体を使った場合のカルノー・サイクルをV-p平面、T-S平面の閉曲線として図示せよ。

熱機関の効率 を一般的な蒸気機関のそれと同じように定義する。すなわち、

　

　　　　　　

このうち、ここでカルノー・サイクルの場合、全体系での熱の増減はないので、高熱源系熱放出に伴うエントロピーの減少と、低熱源における熱吸収によるエントロピーの増大が打ち消しあって、全体としてのエントロピーの増減はないので、

　　　　　　　　　

　　　　　　　　　

が成り立つ。したがって、カルノー・サイクルでは、