Рівноважний процес, як відомо, можна провести в зворотному напрямку так, що робоче тіло пройде через ті ж стани, але в зворотному порядку. При такому циклі не робоче тіло буде здійснювати роботу, а навпаки, над ним буде виконуватись робота. Результат оборотного процесу циклу Карно полягає в тому, що за рахунок здійснення зовнішніми тілами роботи A¢ над робочим тілом, тіло з меншою температурою T 2 (холодильник), від якого береться кількість теплоти Q 2(+), охолоджується, а тіло з більшою температурою T 1, якому передається кількість теплоти Q 1(-) нагрівається. При цьому робота зовнішніх сил перетворюється в теплоту і передається до нагрівника разом з кількістю теплоти віднятої від холодильника Q 1 = Q 2 + A.
Така машина, що працює за зворотнім циклом, в залежності від її призначення називається холодильною машиною або тепловим насосом і, на відміну від теплових двигунів, призначена не для одержання механічної роботи з теплоти, а дозволяє здійснювати охолодження або нагрівання різних тіл за рахунок виконання роботи.
Наприклад, домашній холодильник, виконуючи циклічний процес, знижує температуру в холодильній камері і підвищує її в кімнаті (за рахунок використання енергії електричного струму). На рисунку приведена енергетична схема роботи холодильної машини.
 |
Ефективність теплового насоса, призначеного підвищувати температуру більш нагрітого тіла, визначається відношенням теплоти, отриманої нагрівником Q 1(-) до затраченої при цьому роботи А¢:
,
де 
– ККД циклу Карно. Враховуючи, що теплота Q 2, яка відводиться від холодильника, завжди відмінна від нуля, 
обов'язково повинний бути більше одиниці.
Для теплового насоса, що працює за оборотним циклом Карно:
.
Ефективність холодильної машини визначається відношенням теплоти, віднятої від холодильника Q 2(+), до затраченої при цьому роботи А¢ і дорівнює
Для холодильної машини, що працює за оборотним циклом Карно
.
Оскільки в залежності від конкретної конструкції холодильної машини кількість теплоти Q 2(+), що відводиться від охолоджуваного тіла, може як перевищувати витрачену роботу А¢, так і бути менше неї, то ККД холодильної машини, на відміну від ККД теплової машини, може бути як більшим, так і меншим одиниці.
Аналізуючи роботу холодильної машини, цілком природно поставити питання: чи можливо без виконання роботи передати повністю частину теплоти від холодильника нагрівнику (| Q 1|=| Q 2|)? Відповідаючи на це питання, ми повертаємось до формулювання другого закону термодинаміки за Клаузіусом.
