尼古拉·雷奧納德·卡諾

尼古拉.雷奧納德.卡諾,1796年6月1日生於巴黎,從事他所酷愛的自然科學的學習和研究。

生平

尼古拉.雷奧納德.卡諾 ,1796年6月1日生於巴黎。其父L.卡諾是法國有名的數學家、將軍和政治活動家,學術上很有造詣;1807年退出政界、軍界後,把自己己的全部精力都傾注在兒子的學業上,對卡諾的影響很大。卡諾1812年考入巴黎工藝學院,從師於泊松、蓋·呂薩克、安培等人。1814年以優異成績畢業,同年入梅斯工兵學校深造,1816年成為一名軍事工程師,並任少尉軍官。1820年離開部隊回到巴黎,繼續從事他所酷愛的自然科學的學習和研究。先後在巴黎大學、法蘭西學院、礦業學院和巴黎國立工藝博物館攻讀物理學、數學和政治經濟學,打下了雄厚的理論基礎。

貢獻

卡諾正處在蒸汽機迅速發展、廣泛套用的時代。他看到從國外進口的尤其是英國製造的蒸汽機,性能遠遠超過自己國家生產的,便決心從事熱機效率問題的研究。他不像許多人那樣著眼於局部的、機械的細節的改良,而是獨闢蹊徑,從理論的高度上對熱機的工作原理進行研究,以期得到普遍性的規律;1824年他發表了名著《談談火的動力和能發動這種動力的機器》,書中寫道:“為了以最普遍的形式來考慮熱產生運動的原理,就必須撇開任何的機構或任何特殊的工作介質來進行考慮,就必須不僅建立蒸汽機原理,而且建立所有假想的熱機的原理,不論在這種熱機里用的是什麼工作介質,也不論以什麼方法來運轉它們。”恩格斯對卡諾的這種研究方法給予了高度評價,在《自然辯證法》中稱贊卡諾“撇開了這些對主要過程無關重要的次要情況而設計了一部理想的蒸汽機(或煤油機)。的確,這樣一部機器就像幾何學上的線或面一樣是決不可能製造出來的,但是它按照自己的方式起了像這些數學抽象所起的同樣的作用:它表現純粹的、獨立的、真正的過程。”卡諾出色地運用了理想模型的研究方法,以他富於創造性的想像力,精心構思了理想化的熱機──後稱卡諾可逆熱機(卡諾熱機),提出了作為熱力學重要理論基礎的卡諾循環和卡諾定理,從理論上解決了提高熱機效率的根本途徑。
在這篇論文中卡諾指出了熱機工作過程中最本質的東西:熱機必須工作於兩個熱源之間,才能將高溫熱源的熱量不斷地轉化為有用的機械功;明確了“熱的動力與用來實現動力的介質無關,動力的量僅由最終影響熱素傳遞的物體之間的溫度來確定”,指明了循環工作熱機的效率有一極限值,而按可逆卡諾循環工作的熱機所產生的效率最高。順便指出,這些結論卡諾是根據熱質守恆的思想和永動機不可能原理得出的,顯然熱質守恆思想是錯誤的。實際上卡諾的理論已經深含了熱力學第二定律的基本思想,但由於受到熱質說的束縛,使他當時未能完全探究到問題的底蘊。可惜卡諾英年早逝,他的理論是由後人克拉珀龍賦予易懂的數學形式後才獲得盛名的,是經過克勞修斯、開爾文等人的研究才得到發展,並具有重要的實踐意義。
1832年8月24日卡諾因染霍亂症在巴黎逝世,年僅36歲。按當時處理霍亂死者的辦法,死者所有的資料及個人物品必須全部埋葬掉。這無疑給科學事業帶來了不可彌補損失。根據1878年他弟弟公布的卡諾去世時倖免被毀的一束筆記殘頁中發現,卡諾經意識到熱質說的錯誤而轉向熱的動力學理論,並且發現了能的轉化與守恆定律。1830年卡諾在筆記中指出:“熱不是別的什麼東西,而是動力(能量)或者可以說,它是改變了形式的運動。它是(物體中粒子的)一種運動(的形式)。如果物體的粒子的動力被摧毀了,必定同時有力產生,其量正好準確地同摧毀的動力的量成正比。反過來說,如果熱損失了,必定有動力產生”。“動力(能量)是自然界的一個不變數,準確地說,它既不能產生,也不能消滅。實際上它只改變它的形式。這是說,它有時引起一種運動,有時引起另一運動,但它決不消失。”這就是能量轉化與守恆定律的明確的最早表述,可惜1878年文稿公布時該定律已經確立,卡諾的這些思想在歷史上沒能起到應有的作用。

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