თერმოდინამიკის პირველი კანონი ასახავს ენერგიის მუდმივობისა და ურთიერთგარდაქმნას მაგრამ არ იძლევა საშუალებას განისაზღვროს პროცესის მიმდინარეობის მიმართულება მართლაც ცივი სხეულიდან სხელ სხეულზე სითბოს თავისთავადი გადაცემის პროცესი არანაირად არ ეწინააღმდეგება თერმოდინამიკის პირველ კანონს. თუმცა გავარვარებული რკინის ნაჭრის ცივ წყალში ჩაშვებისას არასოდეს არ დაიკვირვება რკინის შემდგომი გაცხელება წყლის შესაბამისი გაციების ხარჯზე. და კიდევ, თერმოდინამიკის პირველი კანონი არ გამორიცხავს შესაძლებლობას ისეთი პროცესისა, რომლის ერთადერთი შედეგი იქნებოდა გამათბობლიდან მიღებული სითბოს მის ექვივალენტურ მუშაობად გარდაქმნა. ასე მაგალითად, პირველ კანონზე დაყრდნობით შეიძლებოდა გვეცადა პერიოდულად მოქმედი ძრავა, რომელიც შეასრულებდა მუშაობას სითბოს ერთი წყაროს ხარჯზე (მაგალითად ოკეანის შინაგანი ენერგიის ხარჯზე). ასეთ ძრავას ეწოდება მეორე გვარის მუდმივი ძრავა. უზარმაზარი ექსპერიმენტული მასალის განზოგადებამ მიგვიყვანა მეორე გვარის მუდმივი ძრავის შეუძლებლობის დასკვნამდე. ამ დასკვნას ეწოდა თერმოდინამიკის მეორე კანონი.

არსებობს თერმოდინამიკის მეორე კანონის რიგი ფორმით განსხვავებული და არსით ერთნაირი ფორმულირება:

1. შეუძლებელია პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგი არის გამათბობლიდან მიღებული მთელი სითბოს გარდაქმნა მის ექვივალენტურ მუშაობად.

2. კლაუზიუსის ფორმულირება: სითბო თავისთავად ვერ გადავა უფრო ნაკლებად გამთბარი სხეულიდან უფრო მეტად გამთბარ სხეულზე.

3. ტომსონ-პლანკის ფორმულირება: მეორე გვარის პერპენდუმ მობილე შეუძლებელია.

სითბური ძრავების მუშაობის ანალიზით, ფრანგი ინჟინერი სადი კარნო 1924 წელს მივიდა დასკვნამდე, რომ ყველაზე ხელსაყრელი წრიული პროცესი არის შექცევადი წრიული პროცესი, რომელიც შედგება ორი იზოთერმული და ორი ადიაბატური პროცესისგან, რადგან ისი ხასიათდება უდიდესი მარგი ქმედების კოეფიციენტით. ამ პროცესს ეწოდა კარნოს ციკლი. კარნოს პირდაპირ ციკლში მუშა სხეული იზოთერმულად, ხოლო შემდეგ ადიაბატურად ფართოვდება, რის შემდეგაც ისევ იზოთერმულად (უფრო დაბალ ტემპერატურაზე) და შემდეგ ადიაბატურად იკუმშება. ანუ კარნოს ციკლი შემოსაზღვრულია ორი იზოთერმითა და ორი ადიაბატით.

იზოთერმული გაფართოებისას გამათბობელს წაერთმევა  სითბო (1-2 უბანზე). ამის შედეგად აირის ტემპერატურა ნარჩუნდება უცვლელი. შესაბამისად, წერტილი 2-ის პარამეტრები იქნება . 2-3  უბანზე ხდება ადიაბატური გაფართოება. აირის შინაგანი ენერგია მცირდებაბდა მისი ტემპერატურა ეცემა Т₂-მდე. წერტილი 3-ის პარამეტრები იქნება  . 3-4 უბანზე აირი იზოთერმულად იკუმშება. წერტილი 4-ის პარამეტრები არის  . ამ დროს გამოყოფილი სითბოს  ართმევს მაცივარი. უბანი 4-1 არის ადიაბატური შეკუმშვა საწყის მდგომარეობამდე, რომელიც წერტილ 1-ს შეესაბამება. ამდენად, დასრულდა კარნოს ციკლი “1-2-3-4-1" და შედეგად გამათბობელმა გადასცა აირს  სითბო, ხოლო მაცივარმა წაართვა  სითბო. სხვაობა განსაზღვრავს აირის სასარგებლო მუშაობას ერთი ციკლის განმავლობაში, რადგან თერმოდინამიკის პირველი კანონის თანახმა  , მაგრამ წრიული პროცესისთვის  და ამიტომ  .

სასარგებლო მუშაობის ფარდობა გამათბობლის მიერ დახარჯულ ენერგიასთან განსაზღვრავს სითბური მანქანის მარგი ქმედების კოეფიციენტს (მქკ):

(10.23)

ეს ფორმულა სამართლიანია ყველა შექცევადი და არაშექცევადი პროცესისთვის.

განვსაზღვროთ შექცევადი პროცესის კარნოს ციკლის მქკ. სითბო მიეწოდება უბანზე  1-2 და წაერთმევა უბანზე 3-4. იზოთერმული პროცესისთვის შინაგანი ენერგია U=const და მთელი მიწოდებული სითბო იხარჯება მუშაობაზე .

მაშინ

ანუ

იზოთერმული პროცესისთვის მუშაობა
 
უკანასკნელი გამოსახულებების გათვალისწინებით

(10.24)

ვაჩვენოთ, რომ

რადგან პროცესები უბნებზე 2-3 და 1-4 ადიაბატურებია,  და  და  და  კავშირების განსასაზღვრად გამოვიყენოთ პუასონის განტოლება შემდეგი სახით 

შესაბამისად,

და

გავყოთ ეს განტოლებები და მივიღებთ

მაშინ მქკ-ს გამოსახულება (10.24) მიიღებს სახეს

ეს ფორმულა სამართლიანია მხოლოდ შექცევადი კარნოს ციკლისთვის.

კარნოს თეორემები.

1. ყველა კარნოს ციკლით მომუშავე შექცევად მანქანას, დამოუკიდებლად მუშა სხეულის ბუნებისა, აქვს ერთნაირი მქკ, იმ პირობით თუ მათ აქვთ საერთო გამათბობელი და მაცივარი.

2. თუ ორ სითბურ მანქანას აქვთ საერთო გამათბობელი და და მაცივარი და მათგან ერთი არის შექცევადი, ხოლო მეორე შეუქცევადი, მაშინ შექცევადის მქკ მეტია შეუქცევადის მქკ-ზე

η_შექც>η_{შეუქც}

შექცევადი ეწოდება პროცესს, რომელიც შეიძლება უკუ მიმართულებით ჩატარდეს ისე, რომ სისტემა გაივლის იგივე მდგომარეობებს რაც პირდაპირი სვლის დროს მაგრამ შებრუნებული თანმიმდევრობით. შექცევადი შეიძლება იყოს მხოლოდ წონასწორული პროცესი.

შექცევად პროცესს აქვს შემდეგი თვისებები: თუ პირდაპირი სვლისას რაიმე ელემენტურ უბანზე სისტემა იღებს  სითბოს და ასრულებას  მუშაობას, მაშინ უკუ სვლისას იგივე უბანზე სისტემა გასცემს  სითბოს და მასზე სრულდება  მუშაობა. ამის გამო შექცევადი პროცესის გავლის შემდეგ, ერთი და შემდეგ შექცეული მიმართულებით, და მას შემდეგ რაც სისტემა დაუბრუნდება საწყის მდგომარეობას გარემომცველ სხეულებში არ უნდა დარჩეს რაიმე ცვლილება. მაგალითად ბურთულა ზამბარაზე მოთავსებული ვაკუუმში ირხევა უსასრულოდ დიდხანს.

იმ შემთხვევაში, როცა პირდაპირი და შექცეული პროცესების დასრულების შემდექ სისტემა დაუბრუნდა საწყის მდგომარეობას და გარემომცველ გარემოში დარჩა ცვლილებები, პროცესი არის შეუქცევადი. აშკარაა, რომ ბუნებაში ყველა პროცესი არის შეუქცევადი.

წრიული პროცესი (ანუ ციკლი) ეწოდება ისეთ პროცესს რომლის დროსაც სისტემა რიგი ცვლილებების შემდეგ უბრუნდება საწყის მდგომარეობას. გრაფიკზე ციკლი გამოსახულია შეკრული მრუდით. წრიული ციკლისას შესრულებული მუშაობა, რიცხობრივა ტოლია მრუდის მიერ შემოწერილი ფართობის. ციკლის შესრულების შემდეგ სისტემა უბრუნდება წინანდელ მდგომარეობას. ამიტომ მდგომარეობის ნებისმიერი ფუნქციას, კერძოდ შინაგან ენერგიას, აქვს ციკლის დასაწყისში და ბოლოში ერთნაირი მნიშვნელობა.