卡诺的遗憾

卡诺于1796年出生在法国。他一生致力于热机的理论研究，只活了36年。

卡诺生活在一个人们热衷于探索热机理论的时代，所以他很早就参与了这个研究热潮。卡诺认为，开发热机的目的是为人们提供更多的动力，并解决人们对运动的各种需求。因此，研究热机的目的是找出热机不完善的原因，为开发更高效的热机提供依据。为此，他“从一个足够普遍的观点出发”，研究了“由热产生的运动原理”。他用科学抽象的方法抛弃了与热机工作过程无关的辅助和次要因素，构思和设计了一个现实生活中不存在的、纯粹用于研究目的的“理想热机”。这种理想的热机没有摩擦和外部热交换，因此没有热损失造成的散热，只有最基本的工作过程，将热量转化为机械功。卡诺通过对理想热机的深入研究，认为热机必须工作在高温热源和低温热源之间。

只有当热量从高温热源转移到低温热源时，才能做功。所有那些由于加热和冷却而改变体积的物质都可以用作气缸中的工作物质。理想热机能产生的机械功是由两个热源之间的温差决定的。

卡诺用热量理论解释了上述结论，认为热机的工作过程总是伴随着热量和质量的流动和再分配，因此热机非常类似于水轮。他说:“我们可以恰当地将热能和瀑布的能量进行比较。”瀑布的力量取决于它的高度和水量，而热量的力量取决于所使用的热质量的大小和我们所称的热的下降高度，即交换热质量的物体之间的温差。这里，卡诺把热机比作水轮，把热比比作水源。因为瀑布的能量取决于水量和水的高度，所以热的能量应该取决于热质量的数量和热质量的“下降高度”，即交换热质量的两个物体之间的温度差的结论。通过这种方式，卡诺得出了一个错误的结论:就像水驱动水车在整个秋季做功，并且不改变水的总量一样，在热机的工作过程中，热量和质量的总量不会损失，高温加热器发出的热量和低温冷凝器接收的热量是相等的。根据卡诺的说法，这意味着当热机运行时，热量和质量的总量是恒定的。

只有热量和质量从高温物体流向低温物体才能做功。只有热量和质量的守恒，而不是热能到机械能的转换。因此，尽管他从实验中获得了630卡路里可以用作1马力机械能的结果，但他仍然不能建立热的机械当量的概念。换句话说，尽管他遇到了热的机械等价物，但他找不到并解释它，因为他相信错误的热量理论。因此，尽管他的结论没有违反能量守恒定律，但这个结论的证明恰恰违反了这个定律，错误地证明了制造第二台永动机的可能性，这违反了热力学第二定律。因为热量和质量的总量是恒定的，不能转化为能量，所以热量和质量可以循环往复地用来创造一台永动机。

错误的思维起点使卡诺的理论包含了正确的科学内容，但在解释和论证中却得出了错误的结论。