卡诺

卡诺(尼古拉斯·伦纳德·萨迪·卡诺，1796 ~ 1823)

法国物理学家和军事工程师。1796年6月1日出生于巴黎。他的父亲l .卡诺是法国著名的数学家、将军和政治活动家。他在学术上很有成就。1807年退出政界和军界后，他将全部精力投入到儿子的研究中，这对卡诺产生了巨大的影响。卡诺于1812年被巴黎理工学院录取，师从泊松、盖·吕萨克和安培。他于1814年以优异成绩毕业，同年进入梅斯工程学校深造，并于1816年成为一名军事工程师和一名少尉。他于1820年离开军队，回到巴黎继续他对自然科学的研究，他非常热爱自然科学。他先后在巴黎大学、法国学院、矿业学院和巴黎国家技术博物馆学习物理、数学和政治经济学，奠定了坚实的理论基础。

卡诺正处于蒸汽机快速发展和广泛应用的时代。他发现从国外进口的蒸汽机的性能，尤其是英国制造的蒸汽机，远远超过了他自己国家制造的蒸汽机，他决心研究热机的效率。他没有像许多人那样专注于局部和机械细节的改进，而是开发了一种从理论高度研究热机工作原理的新方法，以获得普遍规律。1824年，他出版了一本著名的书《谈论火的力量和启动这种力量的机器》。在书中，他写道:“为了考虑最常见形式的发热运动原理，任何机构或任何特殊的工作介质都必须放在一边考虑。不仅要建立蒸汽机的原理，而且要建立所有假想热力发动机的原理，不管这种热力发动机使用什么工作介质，也不管它们是如何工作的。”恩格斯高度评价卡诺的研究方法。在《自然辩证法》中，他称赞卡诺“设计了一台理想的蒸汽机(或煤油发动机)，尽管这些小条件与主要过程无关。”诚然，这种机器就像几何线或曲面一样，永远无法制造，但它以自己的方式扮演着与这些数学抽象相同的角色:它代表了一个纯粹、独立和真实的过程。“卡诺出色地运用了理想模型的研究方法，并以他创造性的想象力，精心构思了一种理想的热机，后来称为卡诺可逆热机(Carnot heat engine)，并提出卡诺循环和卡诺定理作为热力学的重要理论基础，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。

卡诺指出热机工作过程中最重要的一点:热机必须在两个热源之间工作，才能将高温热源的热量连续转化为有用的机械功；显而易见，“热能独立于用于实现能量的介质，能量的大小仅由最终影响热元件传输的物体之间的温度决定”。指出热机在循环中运行的效率是有极限值的，而热机在可逆卡诺循环中运行的效率是最高的。顺便说一下，这些结论是基于卡诺的热和质量守恒理论和永动机的不可能性原理。显然，热和质量守恒的理论是错误的。事实上，卡诺的理论已经包含了热力学第二定律的基本思想，但是由于热量理论的限制，他无法充分探索问题的细节。可惜卡诺英年早逝。他的理论是在被后人克拉珀龙赋予了可理解的数学形式之后才出名的。它是通过克劳修斯、开尔文等人的研究发展起来的，具有重要的现实意义。

卡诺于1832年8月24日在巴黎死于霍乱，享年36岁。根据当时霍乱受害者的治疗方式，死者的所有信息和个人物品都必须埋葬。这无疑给科学事业带来了不可挽回的损失。根据他的兄弟在1878年发表的一堆笔记，卡诺在他死后幸免于难。卡诺意识到热量理论的错误，转向热的动力学理论，并发现了能量的转换和守恒定律。卡诺在1830年的笔记中指出:“热不是别的，而是力量(能量)，或者可以说，它是一种改变了形式的运动。这是一场运动。如果一个物体的一个粒子的能量被摧毁，它必须同时产生，而且是强有力的，它的数量与被摧毁的能量成正比。另一方面，如果热量散失了，就一定会产生电能。”“力量(能量)是自然界中不变的变量。准确地说，它既不能生成也不能销毁。事实上，它只是改变了它的形式。这意味着它有时会引起一种运动，有时会引起另一种运动，但它永远不会消失。”这是能量转换和守恒定律最早的明确表达。不幸的是，当1878年手稿出版时，法律已经确立，卡诺的思想没有在历史上发挥应有的作用。