热力学传奇之七:他做出了无与伦比的贡献,却被称为工程师

在热力学的历史上,还有一个重要的人,那就是工程师卡诺,卡诺在热力学历史的地位非常重要,第一定律和第二定律都和他有关系,现在的所有热机都还笼罩在他提出的“卡诺循环”之下。

不过他一直被称为工程师,而不是科学家,这又是为什么呢?

工程师卡诺

萨迪.卡诺,法国工程师,为人孤僻高傲,其父拉扎尔是显贵高官,曾在罗伯斯庇尔政府和拿破仑政府担任要职,拿破仑被推翻后,拉扎尔被流放,父亲的遭遇可能对卡诺的性格造成了一定影响。

当时工业革命方兴未艾,蒸汽机开始在各行各业使用起来,不过人们对蒸汽机的效率却不太满足,意图创造出更高效率的蒸汽机,但是工程师们并不了解蒸汽机的原理,只是在工作介质上新办法,曾使用过空气、二氧化碳甚至酒精来替代蒸汽作为介质以图更高的热机效率,这种片面的方法当然不能提高热机效率。

卡诺慧眼独具,决定从热机原理上下手,卡诺在弟弟的协助下于1824年完成了《关于火的动力》一书,在书中卡诺提出了“卡诺定理”。

卡诺定理指出““热动力与用来产生它的工作物质无关,它的量唯一地由在它们之间产生效力的物体(热源)的温度来确定,最后还与热质的输运量有关”,卡诺定理第一次指出了热与力的关系,可谓高屋建瓴,而且还指出了“在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机,其效率都小于可逆热机的效率”,这说出了热机的最高效率,从根本上粉碎了第一类永动机的妄想。

如果仅仅如此,那么卡诺还真的只是一个工程师,也算不上热力学的创始人,不信看他的卡诺定理,还在使用热质一词,这样看来,在提出卡诺定理时,卡诺还没有摆脱热质说的束缚,但是卡诺已经站在了热力学第一定律的大门口,假以时日,他将是第一个提出热力学第一定律的人。

可是命运并没有给他时间,卡诺不幸染上了霍乱,年仅36岁就辞世而去,依照当时的防疫条例,他的所有遗物都要被销毁,这其中就包括他的手稿。

他的弟弟保存了他的小部分手稿,在这些遗留下来的手稿中,卡诺讨论了三个问题,(1)关于绝热过程的研究;(2)关于用磨擦产生热源;(3)关于抛弃“热质”学说,这些问题都是热力学绕不开的问题。

卡诺在笔记中表述过第一定律的内容,注意是笔记,而不是论文,而且提出了热功当量的数值,他的弟弟看了笔记,却看不懂,直到1878年才整理发表,而此时热力学第一定律已经很完备了。

卡诺由于为人孤僻,并不喜欢四处宣扬自己的理论,所以他的书籍很长时间内并没有引起反响,说起来,这也是一种幸运,想一想迈尔医生宣传自己理论的后果吧,至少卡诺获得了平静。

英国著名物理学家麦克斯韦对卡诺理论作过高度评价,他说:“卡诺的理论是“一门具有可靠的基础、清楚的概念和明确的边界的科学”。

麦克斯韦也是热力学的大神,著名的麦克斯韦妖就是用来质疑热力学第二定律的。

卡诺逝世两年后,他的学弟克拉珀龙才仔细阅读了他的著作,发表了论文《论热的动力》,用数学形式重新表述了卡诺定理,但是由于当时克拉珀龙人微言轻,并没有引起注意,当时他可还没有当选法兰西院士。

不过十年后,他的论文引起了两个人的重视,这两个人是谁呢?

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