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第26章 英年早逝的卡诺

在科学史上,总有许许多多的遗憾,比如科学怪人卡文迪许,他不发表自己的东西,结果失去了价值。还有很多科学家做出重大的发现或发明,总因为人生或社会的种种因素而导致遗憾产生,有时这不仅仅是遗憾,而是让人痛心异常。萨迪·卡诺就是这样一个人。

在18世纪中后期,蒸汽机使人们进入蒸汽时代,各行各业都在使用蒸汽机。但是蒸汽机的效率实在是太低了,如果用实际数字来说,烧100千克的煤其实只有5千克有效地被利用。这不仅造成能源的浪费而且也不能很好地提高效率。1821年以后,卡诺开始研究蒸汽机,他很想提高热机的效率。据说,卡诺研究蒸汽机是由于一件事情引起的。1814年12月,巴黎举行一场蒸汽机比赛,卡诺也有所耳闻。结果法国产的蒸汽机磨面比英国产的要少,自然就输了。卡诺很受震动,决心投入到热机的理论研究中去。

就在1814年,卡诺成为一名军事工程师。卡诺走访了很多工厂,实地考察总结了很多经验。尤其在1821年后,卡诺集中精力研究热机。1824年,卡诺发表了他一生唯一的一篇论文《关于电的动力的研究》。在这部著作中,卡诺构造了“理想热机”。他认为,多数人在研究和改进蒸气机时,对蒸汽机效率的概念理解是错误的。一般人往往只注重讨论蒸汽机的实用性?安全性以及燃料经济性,而没有找到热机效率提高的根本途径。卡诺经过近三年的研究,认为理论上的理想热机模型是一个高温热源?一个低温热源和理想的循环方式,三者缺一不可。卡诺认为,热机工作是由于热从高温向低温流动而热量本身不减少的结果。这好比水从高处向低处流动使水车工作,但水却不减少一样。

这个思想其实是从错误的热质说而来的。卡诺得出的结论是正确的,但他的出发点是错误的。他信奉热质守恒原理,相信热机工作过程中热量并没有损失,这就使他在论证的过程中采用错误的原则。而英明的卡诺自己认识到了热质说的错误,从1830年起,他就改变了观点。卡诺自己说过这样的话:“热不是别的什么东西,而是动力,或者说是改变了形态的运动,它是一种运动。动力是自然界的一个不变之量。严格地说,动力既不能产生,也不能消灭。实际上动力只改变它自己的形式,也就是说,它有时引起一种运动,有时则引起另一种运动,但决不会消灭”。把卡诺所说的动力换成“能量”,我们说,他已经认识到了能量守恒的原理。

然而,卡诺的著作销售情况极其冷清,根本卖不出去。整整11年,没有销出去几本,更没有造成什么影响。1832年,巴黎格外炎热。卡诺积劳成疾,身体十分虚弱。不幸的是,他突然患上了猩红热,紧接着又得了脑膜炎,最后染上了霍乱。36岁的卡诺早早地离开了人间。因为卡诺患的是霍乱,所以他接触过的一切物品都将被烧掉。卡诺的大量著作被烧掉,他的其他科学思想也就不得而知了。

卡诺的热机理论直到1834年,才由一位工程师克拉珀龙继续研究,以解析图式清楚地描述了卡诺循环,近似说明了蒸汽机的性能。

科学小链接

克拉珀龙

克拉珀龙,法国物理学家。克拉珀龙主要从事热学、蒸汽机设计和理论、铁路工程技术方面研究。他设计了法国第一条铁路线。法国第一座铁路桥也是以他的计算为基础的,他在设计计算中发明了以他命名的支撑力矩计算法。克拉珀龙在物理上的贡献主要是热学方面。在他发表的《关于热的动力》的论文中,克拉珀龙重新研究和发展了卡诺的热机理论,1834年赋予卡诺理论以易懂的数学形式,使卡诺理论显出巨大意义。