Карно Сади. Размышления о силе огня

ОГЛАВЛЕНИЕ

Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу (5).

Примечания (66).

Николя Леонар Сади Карно (фр. Nicolas Léonard Sadi Carnot; 1 июня 1796 — 24 августа 1832) — французский физик и математик.

Сын известного политического деятеля и математика Лазара Карно и дядя Мари-Франсуа Сади Карно, бывшего президентом Франции.

В 1824 году вышла первая и единственная работа Сади Карно — «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance). Эта работа считается основополагающей в термодинамике. В ней был произведен анализ существующих в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения (в паровых машинах того времени КПД не превышал 2 %). Помимо этого там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл, обратимость и необратимость термодинамических процессов.

Анализируя идеальный круговой процесс (Карно цикл), впервые пришёл к выводу о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к более холодному. Высказал также положение, что величина работы обусловлена разностью температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы вещества, работающего в тепловой машине (см. Карно теорема). В своих рассуждениях К. придерживался теории теплорода, однако в дальнейшем, как явствует из его записок, изданных посмертно, он от неё отказался, признав взаимопревращаемость теплоты и механической работы; К. приблизительно определил механический эквивалент теплоты и высказал в общем виде закон сохранения энергии. Работа К. была оценена лишь в 1834, когда Б.Клапейрон, повторив рассуждения К., ввёл графический метод описания процессов. Позднее, развивая учение К., Р.Клаузиус и У.Томсон пришли ко второму началу термодинамики.

В 1828 году Карно оставил военную службу. Он много работал, при том что в 1830 году произошла очередная французская революция. Умер Карно в 1832 году от холеры.

«Размышления...» Карно - один из удивительнейших примеров гениального научного прозрения, ещё долго остававшегося не понятым и не оцененным. Пожалуй, всеобщее признание труды Карно получили лишь после того, как Уильям Томсон (лорд Кельвин), углубленно изучив их, в 1849 опубликовал в «Трудах Лондонского Королевского общества» пространный «Доклад о теории Карно - о движущей силе теплоты с численными результатами, полученными из опытов Реньо над парами». Несомненно, эта деятельность Томсона явилась одним из источников тех умозаключений, которые привели его к важнейшему выводу об абсолютной шкале температур.

Труд Карно был, по существу, первым серьёзным теоретическим исследованием принципов работы тепловых машин. Хотя он пользовался уже в его время отвергавшимся многими физиками представлением о теплороде, приток которого вызывает нагревание, а отток - охлаждение вещества, ему удалось открыть целый ряд положений, играющих определяющую роль в работе этих машин:

- в любой тепловой машине должен быть нагреватель и холодильник, должны осуществляться повторяющиеся циклы: за расширением рабочего вещества в машине, сопровождающимся произведением работы, должно следовать сжатие; (Один из важнейших примеров — цикл Карно (теперь его чаще приводят в формулировке Клапейрона: изотермическое (при постоянной температуре нагревателя), затем адиабатическое (без теплообмена) расширение, потом вновь изотермическое (при температуре холодильника) и, наконец, адиабатическое сжатие, в результате чего система возвращается в исходное состояние) полезная работа, производимая за один цикл, тем больше, чем больше разность температур нагревателя и холодильника;

- эта работа тем больше, чем медленнее происходит расширение и сжатие, чем ближе процесс к квазиравновесному, когда система в каждый момент бесконечно близка к равновесной. Действительно, если поршень, под которым находится газ, поднимается быстро, то давление непосредственно под ним оказывается пониженным по сравнению с равновесным, а чем меньше это давление, тем меньше та работа, которая может быть произведена.

Карно стал одним из пионеров термодинамики, предложив свою знаменитую модель идеального двигателя. Свои идеи Сади Карно опубликовал в 1824 г. в форме фундаментального трактата "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу" (Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developper cette puissance). В нём Карно рассмотрел в общем виде вопрос о "получении движения из тепла". Анализируя идеальный круговой процесс (известный сейчас как цикл Карно), он впервые пришёл к выводу о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к более холодному. Карно высказал также положение, что величина работы обусловлена разностью температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы вещества, работающего в тепловой машине (теорема Карно).

Попытки Карно напрямую связать коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины (это - тоже его термин) с температурой нагревателя и холодильника не увенчалась успехом только потому, что в то время еще не была известна абсолютная шкала температур.

Карно Н.Л.С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу.
Перевод С.Э.Фриша. Под редакцией и с примечаниями В.Р.Бурсиана и Ю.А.Круткова.
(М.-П.: Госиздат, 1923. - Классики естествознания. Книга VII)

.

Ваш комментарий о книге
Обратно в раздел Наука