W idealnym (odwracalnym) obiegu Carnota sprawność cieplna silnika ma postać wynikającą wprost z II zasady termodynamiki. Kluczowe jest to, że nie zależy ona od rodzaju czynnika roboczego ani szczegółów konstrukcji, tylko od dwóch temperatur granicznych: temperatury źródła ciepła Th oraz temperatury chłodnicy Tc.
Sprawność cieplna definiuje się jako stosunek pracy użytecznej do ciepła pobranego ze źródła. Dla obiegu Carnota otrzymuje się zależność:
η = 1 − Tc/Th
gdzie Th i Tc muszą być wyrażone w skali bezwzględnej (kelwiny). To częsty punkt krytyczny: podstawienie temperatur w °C daje błędny wynik, bo skala Celsjusza ma inne zero. W praktyce, jeśli na rysunku temperatury podano w °C, należy wykonać przeliczenie: T[K] = t[°C] + 273,15.
Jak rozumieć odpowiedzi błędne? Często reprezentują one typowe pomyłki rachunkowe lub pojęciowe:
- Wyniki większe od 1 (czyli > 100%) są fizycznie niemożliwe dla silnika cieplnego – to sygnał, że pomylono ułamek lub odejmowanie od 1.
- Wynik ujemny sugeruje zamianę ról temperatur (np. potraktowanie Tc jako Th) albo błędne odczytanie, która wartość dotyczy źródła, a która chłodnicy.
- Wynik "zbyt duży" może wynikać z użycia °C zamiast K (zawyżenie/zaniedbanie przesunięcia skali).
W poprawnym rozwiązaniu najpierw identyfikuje się na rysunku temperaturę wyższą jako Th i niższą jako Tc, następnie (jeśli trzeba) przelicza na kelwiny i podstawia do wzoru η = 1 − Tc/Th. Otrzymana wartość (np. 0,4) oznacza, że maksymalnie 40% pobranego ciepła może zamienić się w pracę, a reszta musi zostać oddana do chłodnicy.
