卡諾與卡諾循環

2021-01-14 格致書桌

卡諾的父親拉扎爾 · 卡諾是非常激進的革命分子,先後是羅伯斯庇爾的十二人公安委員會的成員、拿破崙第一執政手下的戰爭部長及滑鐵盧戰爭前百日政權的內政部長(相當於現在的公安部長),在當時也是一代風雲人物。不過我們可以看到,卡諾老爸效力的都是暴力統治政權,短命又沒朋友。當拿破崙帝國在1815年被傾覆後,拉扎爾被流放國外,1823年病死於現在德國易北河畔的馬格德堡。骨灰後來移入巴黎先賢祠。關於法國大革命時期的歷史。推薦最近出版的一部歷史小說:《一個更安全的地方》(https://book.douban.com/subject/26689064/)。


拉扎爾·尼古拉·瑪格麗特·卡諾(1753-1823)

法國數學家。他在法國大革命戰爭中獲得偉大名號「組織勝利的人」,是極其優秀而成功的軍備與後勤天才,


卡諾的老爸拉扎爾不僅是一位政治家,而且也是一位科學家。他於1782、1787和1803年先後發表過《論通用機器》、《拉扎爾·卡諾數學全集》、《運動和平衡的基本原理》多篇論文,在熱學及能量守恆與轉化定律的發現上,均有所貢獻。這些也對卡諾產生了直接的影響。1807年,他辭去了一切行政職務,回家專心對卡諾和卡諾的弟弟伊波利特·卡諾進行科學教育。為他們打下了良好的數學與物理基礎。

1812年,16歲的小卡諾在學校學習了幾個月後,就考入巴黎理工學院!在那裡受教於泊松.蓋-呂薩克、安培和阿拉果這樣一批當時的科學名人,主要攻讀了分析數學、分析力學、畫法幾何和化學。所以和焦耳相比,卡諾的科研起點可是好了很多啊。畢業後,卡諾參軍入伍,在工程兵團從事工事設計,正式這時候卡諾發現熱機效率低是當時工業的一個難題。當時蒸汽機的應用正如火如荼的進行著,卡諾了解到當時人們雖然已經是知道怎樣製造和使用蒸汽機,而對蒸汽機的理論卻了解不夠。在對熱機效應缺乏理論認識的情況下,工程師只能就事論事,從熱機的適用性、安全性和燃料的經濟性幾個方面來改進熱機。他們曾盲目採用空氣、二氧化碳,甚至採用酒精來代替蒸汽,試圖找到一種最佳的工作物質。這種研究只具有針對性,而不具備普遍性;從某一熱機上獲得的最佳數據不能套用於另一熱機。這就是當時熱機理論研究的狀況。卡諾採用了截然不同的途徑,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。


1821年,卡諾到馬格德堡看望流亡中的父親和弟弟,在父親的支持下,確立了熱機理論的研究方向,而這也是老卡諾在巴黎早就想研究的課題。於是被父親要求儘快趕回巴黎,抓緊時間完成這個課題。誰知這一走竟成訣別。


卡諾的老爸拉扎爾在1823年8月病故後,卡諾的弟弟也回到了巴黎,協助卡諾完成了《關於火的動力》一書的寫作,使它在1824年6月12日發表出來。卡諾在這部著作中提出了「卡諾熱機」和「卡諾循環」的概念及「卡諾原理」(現在稱為「卡諾定理」)。卡諾作為革命太子黨,思想也是很激進的,從小就是個憤青,總想著推翻舊制度,開闢新世界,老爸去世之後,在1831年七月革命當中,還被提名為內閣成員。不過時過境遷,在當時的社會政治環境中,卡諾難以被人信任,同時卡諾性格孤僻,最後也混到沒朋友的境地,就又回到書桌前安安靜靜的搞熱機,開始研究氣體和蒸汽的物理性質。

1832年6月,他患了猩紅熱,不久後轉為腦炎,禍不單行,後來他又染上了流行性霍亂,於同年8月24日被奪去了生命。年僅36歲。


按照當時的防疫條例,霍亂病者的遺物應一律付之一炬。卡諾生前所寫的大量手稿被燒毀,幸得他的弟弟將他的小部分手稿保留了下來。這部分手稿中有一篇是僅有21頁紙的論文——《關於適合於表示水蒸汽的動力的公式的研究》;其餘內容是卡諾在1824—1826年間寫下的23篇論文,主要集中在關於絕熱過程的研究、關於用磨擦產生熱源和關於拋棄「熱質」學說三個方面。這些遺作直到1878年,也就是46年之後,才由他的弟弟整理發表出來。

從卡諾的生平可以看出,卡諾提出這些成果的時間是很早的。比焦耳等等要早得多。但是由於出身、社會動蕩、個人性格等等原因而被埋沒,非常可惜啊。卡諾生前的好友羅貝林在法國《百科評論》上曾寫道:卡諾孤獨地生活、悽涼地死去,他的著作無人閱讀,無人承認。在卡諾去世兩年後,1834年另一個巴黎理工學院的優秀學生,卡諾的學弟——克拉珀龍讀到了上述論文,並發表了題為《論熱的動力》,用P-V曲線翻譯了卡諾循環,不過當時克拉珀龍也沒有什麼名氣,未引起學術界的注意。

一直到十年之後,大名鼎鼎的開爾文勳爵來法國學習,讀到克拉珀龍的理論,才將卡諾的貢獻重見天日。


但是卡諾家族的故事還沒有完,卡諾的侄子,也就是前面提到的伊波利特·卡諾的兒子,瑪利·弗朗索瓦·薩迪·卡諾後來在1887年當選為法蘭西第三共和國的第四任總統。在總體任期內,發生一系列騷動事件,但他仍保持了總統的威嚴。1894年在裡昂博覽會上,被一個義大利無政府主義者刺殺。

 瑪利·弗朗索瓦·薩迪·卡諾(1837—1894)

法國政治家,祖父是法國大革命有勝利的組織者之稱的拉扎爾·卡諾,父親是左派議員伊波利特·卡諾。曾任省長,眾議員,與共產黨的立場較為一致,注意公共工程,鐵路建設。


如此精彩的家族史,夠不夠拍一部電視劇的?咋就沒人做成個大IP呢。




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