(薩迪·卡諾和卡諾循環(huán))

今年是法國科學(xué)家薩笛.卡諾發(fā)表他的不朽之作《關(guān)于火的動力》 (Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developer cette puissance)一書的兩百周年.眾所周知,此書中所討論的卡諾循環(huán)不僅解決了當(dāng)時工程界極為關(guān)心的熱機效率的上限問題,而且奠定了此后熱力學(xué)發(fā)展的基石,使之成為19世紀經(jīng)典物理學(xué)的三大支柱之一,也為平衡態(tài)統(tǒng)計力學(xué)的引入打開了大門.

薩迪·卡諾的全名是尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾(Nicolas Léonard Sadi Carnot),于1796年6月1日出生于法國巴黎.他的父親拉扎爾·卡諾在法國大革命和拿破侖第一帝國時期擔(dān)任要職.拉扎爾不僅是一位政治家,而且也是一位科學(xué)家和文學(xué)愛好者.據(jù)說,卡諾的中間名即是老先生為了紀念13世紀的波斯詩人薩迪.穆沙里夫而加上去的.

1812年,卡諾考入巴黎綜合理工學(xué)院(école Polytechnique),在那里受教于泊松、蓋-呂薩克、安培和阿拉果等人.1819年,他加入新組建的巴黎總參謀軍團.卡諾一邊進行科學(xué)研究,一邊在法蘭西學(xué)院聽一些新課程.他發(fā)現(xiàn),熱機效率低是當(dāng)時工程界的一個難題.這個問題使他走上了熱機理論研究的道路.

當(dāng)時的工程界對如下兩個問題進行著熱烈的討論:(1)熱機效率是否有一上限?(2)什么樣的熱機工作物質(zhì)是最理想的?在對熱機效率缺乏理論認識的情況下,工程師們曾采用空氣、二氧化碳等代替蒸汽,試圖找到一種最佳的工作物質(zhì).這種研究只具有針對性,而不具備普遍性.卡諾選取了截然不同的途徑.他不是研究個別熱機,而是要尋一種可以作為一般熱機的比較標準的理想熱機.通過不懈的努力,他提出了“卡諾熱機”和“卡諾循環(huán)”的概念,同時建立了“卡諾定理”,并在1824年6月12日以專著的形式發(fā)表了自己的成果.由于這些知識是本刊的每一個讀者們所熟悉的,我們就不再贅述了.

1832年6月,卡諾染上了猩紅熱,不久后轉(zhuǎn)為腦炎,他的身體遭受了致命的打擊.后來他又染上了流行性霍亂,于同年8月24日逝世,年僅36歲.按照當(dāng)年的防疫條例,卡諾生前所寫的大量手稿被燒毀.幸得他的弟弟將小部分手稿保留了下來,直到1878年才整理發(fā)表出來.換句話說,按照今天的計算方法,卡諾生前應(yīng)該是一位具有h因子(Hirsh Index)1的作者.

英國著名物理學(xué)家麥克斯韋對卡諾的工作做出了如下的評價.他說:“卡諾的理論是一門具有可靠的基礎(chǔ)、清楚的概念和明確的邊界的科學(xué)”.這可能是一位公認的大師對于另外一位大師所能給予的最高贊美了.