Исследования прямого цикла показали, что не вся подведенная от источника к рабочему телу теплота может быть превращена в работу, а только часть ее. Остальное количество теплоты неизбежно отводится в холодный источник.

Отношение количества теплоты, превращенной в работу за цикл, к теплоте, подведенной к рабочему телу, называется термическим коэффициентом полезного действия цикла.

Возникает практический вопрос, в каком круговом процессе (цикле) при заданных температурах источника теплоты и приемника (холодильника) можно получить максимальную полезную работу. В термодинамике доказывается, что таким циклом является круговой процесс, предложенный Сади Карно. Этот цикл состоит из двух изотерм и двух адиабат.

КПД цикла Карно зависит только от температуры источника и приемника, при которой соответственно подводится и отводится теплота к рабочему телу, но не зависит от природы рабочего тела и его физических свойств. При Т2 =T1 КПД цикла Карно равен нулю, что указывает на невозможность превращения теплоты в работу, если все тела окружающей среды имеют одинаковую температуру. Он не может равняться единице, так как в природе не существует источника теплоты с бесконечно высокой температурой или же приемника теплоты с температурой, равной абсолютному нулю.

Изучение термодинамических циклов приводит к важнейшим выводам о направлениях протекания процессов превращения работы и теплоты, о неравноценности теплоты и работы.

Превращение теплоты в работу возможно только при передаче ее из горячего источника в холодный, осуществляемой при посредничестве рабочего тела, и происходит до тех пор, пока существует разность темпертаур между этими источниками.