逍遥学能 2019-02-24 15:13
卡诺（Nicolas Leonard Sadi Carnot，1796～1823）
法国物理学家、军事工程师。1796年6月1日生于巴黎。其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家，学术上很有造诣；1807年退出政界、军界后，把自己己的全部精力都倾注在儿子的学业上，对卡诺的影响很大。卡诺182019年考入巴黎工艺学院，从师于泊松、盖·吕萨克、安培等人。182019年以优异成绩毕业，同年入梅斯工兵学校深造，182019年成为一名军事工程师，并任少尉军官。1820年离开部队回到巴黎，继续从事他所酷爱的自然科学的学习和研究。先后在巴黎大学、法兰西学院、矿业学院和巴黎国立工艺博物馆攻读物理学、数学和政治经济学，打下了雄厚的理论基础。
卡诺正处在蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代。他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机，性能远远超过自己国家生产的，便决心从事热机效率问题的研究。他不像许多人那样着眼于局部的、机械的细节的改良，而是独辟蹊径，从理论的高度上对热机的工作原理进行研究，以期得到普遍性的规律；1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》，书中写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作介质，也不论以什么方法来运转它们。”恩格斯对卡诺的这种研究方法给予了高度评价，在《自然辩证法》中称赞卡诺“撇开了这些对主要过程无关重要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机（或煤油机）。的确，这样一部机器就像几何学上的线或面一样是决不可能制造出来的，但是它按照自己的方式起了像这些数学抽象所起的同样的作用：它表现纯粹的、独立的、真正的过程。”卡诺出色地运用了理想模型的研究方法，以他富于创造性的想象力，精心构思了理想化的热机──后称卡诺可逆热机（卡诺热机），提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。
在这篇论文中卡诺指出了热机工作过程中最本质的东西：热机必须工作于两个热源之间，才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功；明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关，动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”，指明了循环工作热机的效率有一极限值，而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。顺便指出，这些结论卡诺是根据热质守恒的思想和永动机不可能原理得出的，显然热质守恒思想是错误的。实际上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想，但由于受到热质说的束缚，使他当时未能完全探究到问题的底蕴。可惜卡诺英年早逝，他的理论是由后人克拉珀龙赋予易懂的数学形式后才获得盛名的，是经过克劳修斯、开尔文等人的研究才得到发展，并具有重要的实践意义。
1832年8月24日卡诺因染霍乱症在巴黎逝世，年仅36岁。按当时处理霍乱死者的办法，死者所有的资料及个人物品必须全部埋葬掉。这无疑给科学事业带来了不可弥补损失。根据1878年他弟弟公布的卡诺去世时幸免被毁的一束笔记残页中发现，卡诺经意识到热质说的错误而转向热的动力学理论，并且发现了能的转化与守恒定律。1830年卡诺在笔记中指出：“热不是别的什么东西，而是动力（能量）或者可以说，它是改变了形式的运动。它是（物体中粒子的）一种运动（的形式）。如果物体的粒子的动力被摧毁了，必定同时有力产生，其量正好准确地同摧毁的动力的量成正比。反过来说，如果热损失了，必定有动力产生”。“动力（能量）是自然界的一个不变量，准确地说，它既不能产生，也不能消灭。实际上它只改变它的形式。这是说，它有时引起一种运动，有时引起另一运动，但它决不消失。”这就是能量转化与守恒定律的明确的最早表述，可惜1878年文稿公布时该定律已经确立，卡诺的这些思想在历史上没能起到应有的作用。