Сообщение о сади карно
Обновлено: 02.07.2024
Представьте себе пьесу, где главный герой выходит на сцену, потом быстро уходит и больше не возвращается. Таких пьес не бывает, и это одно из отличий реальной жизни от вымышленной. Пример тому — великий физик, основатель термодинамики Николя Леонар Сади Карно, человек, который успел выпустить одну-единственную статью и ушел, так и не узнав о революции, которую она совершила в науке.
Тут-то прежнее вежливое внимание властей сменилось полным забвением. В это время случились знаменитые Сто дней, после которых настали времена Реставрации. Отец Карно, активный сторонник Бонапарта, был вынужден покинуть Францию, а сын, хоть его и не преследовали за нелояльность к новой власти, был лишен даже намека на карьерный рост, да и возможностей для научных изысканий у него не было никаких. Поэтому при первом же удобном случае Сади добился перевода в Главный штаб корпуса, в 1819 году оказался в Париже и почти сразу же взял длительный отпуск, посвятив все время занятиям наукой. В первую очередь его интересовали теория газов и паровые машины. После отпуска он и не подумал бросать науку, все так же ходил на лекции в Сорбонну, посещал различные фабрики, изучая установленные там паровые агрегаты.
Здравствуйте! Сади Карно, выдающийся французский физик, родился 1 июня 1796 года в семье известного французского политика, ученого Лазара Карно. Его отец был видным политическим деятелем эпохи Великой французской революции и наполеоновских войн. Лазар Карно был хорошо знаком с Наполеоном, и не раз занимал при нем министерские посты. Его влияние на сына было очень сильным, именно под руководством отца Сади Карно получил начальное образование. Также Сади Карно учился в лицее Карла Великого, а закончив его, поступил в Политехническую школу, одно из лучших учебных заведений Франции того времени. В 1814 году он успешно заканчивает Политехническую школу и направляется в город Мец, в Инженерную школу.
В ней впервые была высказана мысль о том, что причиной преобразования теплоты в работу является разница между нагревателем и нагреваемым телом. Следовательно, полезную работу можно получить только при переходе теплоты от нагретого тела к более холодному, причем величина работы не зависит от природы рабочего вещества. Кроме этого, в этом исследовании были введены основные понятия термодинамики – идеальная тепловая машина, идеальный термодинамический цикл ( цикл Карно ).
Также Карно совершенно верно рассчитал, что водяной пар или воздух рационально использовать в качестве рабочего вещества в тепловом двигателе, и доказал, что максимальный теоретически возможный КПД не зависит от конструкции тепловой машины, а зависит от разности между нагревателем и нагреваемым телом. Это были очень важные открытия, ведь как раз в то время паровые (тепловые) машины получили огромное распространение в промышленности. Карно первым из ученых в мире сформулировал один из основополагающих законов физики — закон сохранения и превращения энергии, получивший название первого закона термодинамики.
Несмотря на то, что работа Карно, представленная в Академию наук, получила в целом благожелательный отзыв, все же она осталась недооцененной. Слишком необычной и оригинальной представлялась она ученым того времени. Работа Карно была оценена лишь позже, когда в 1834 году Б. Клапейрон, а 1849 году Уильям Томсон (лорд Кельвин) выпустили в свет свои научные работы, во многом основанные на труде С.Карно.
Жизнь Сади Карно прервалась внезапно и трагически. Летом 1832 года в Париже разразилась эпидемия холеры, в то время практически неизлечимой болезни. Карно заболел холерой, и умер в конце лета 1832 года. По существовавшим тогда правилам все его имущество, в том числе и бумаги, было сожжено. Чудом уцелела только только одна записная книжка — в ней сформулирован первый закон термодинамики. Эту записную книжку хранил, как реликвию и память о брате Лазар-Ипполит Карно, а 1878 году, когда слава и признание С.Карно стали всеобщими, передал ее Парижской Академии наук.
КАРНО, НИКОЛА ЛЕОНАР САДИ (Carnot, Nicolas-Léonard Sadi) (1796–1832), французский физик и инженер, один из основоположников термодинамики, автор знаменитойв соответствии с которой превращение тепла в энергию невозможно без двух источников с различными температурами.
Родился 1 июня 1796 в Париже в семье известного политического деятеля и ученого Лазара Карно. Получил прекрасное домашнее воспитание и образование, затем учился в лицее Карла Великого и в Политехнической школе в Париже. По ее окончании в 1814 был направлен в Инженерную школу в Метце.
В 1816 получил назначение в инженерные войска и в течение нескольких лет выполнял обязанности военного инженера. Принял участие в конкурсе на замещение вакантной должности в штабе корпуса в Париже. Выиграв конкурс, переехал в столицу. Продолжал учиться, посещал лекции в Сорбонне, Коллеж де Франс, Консерватории искусств и ремесел. В Консерватории Карно познакомился с физиком Н.Клеманом, который занимался исследованием свойств газов. Общение с Клеманом пробудило у Карно интерес к проблемам совершенствования паровых машин. В 1824 он опубликовал сочинение Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу (Réflexiones sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développe cette puissance). В ней он ввел в научный обиход множество понятий, использующихся в термодинамике и сейчас: идеальной тепловой машины, идеального цикла, обратимости процесса и т.д. Однако главной заслугой ученого стало выдвижение идей о необходимости перепада температур для создания цикличности действующей тепловой машины и о том, что величина работы определяется только разностью температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы рабочего тела (теорема Карно). Пришел к понятию механического эквивалента теплоты и сформулировал в общем виде закон сохранения энергии.
Единственная опубликованная работа Карно была оценена лишь десять лет спустя, когда Б.Клапейрон изложил ее в математическом виде и ввел графический метод описания цикла Карно. Благодря этому представления Карно стали известны другим ученым и послужили основой развития классической термодинамики в трудах У.Томсона (Кельвина), Р.Клаузиуса и др.
Забавен рассказ о детской стычке Сади Карно со всемогущим Бонапартом. Когда Сади был еще совсем мал, его отец частенько приводил сына к Жозефине, первой жене Наполеона, которая очень к нему привязалась. Однажды она с приближенными дамами каталась на лодке по пруду, а стоявший на берегу император развлекался тем, что бросал в воду камешки, стараясь обрызгать вельможных дам. Замечание сделать никто не осмеливался, как вдруг к нему бросился четырехлетний Сади и потребовал прекратить безобразие. Якобы Наполеон рассмеялся, смутился и, посрамленный, поспешно ретировался.
Позаботился он и об образовании сыновей — старшего Сади и младшего Лазара Ипполита, ставшего впоследствии видным политическим деятелем и сенатором. Поначалу он учил их сам — математике, точным наукам, языкам и музыке. Лишь в 15 лет Сади отправили в лицей, чтобы он мог как следует подготовиться к поступлению в одно из самых престижных высших учебных заведений Франции — Политехническую школу. После года подготовки он без особого блеска сдал вступительные экзамены, показав 24-й результат из 179 кандидатов.
Политехническая школа отличалась очень сильным составом преподавателей. Например, механику преподавал Дени Пуассон, а дифференциальное исчисление и теорию механизмов — Франсуа Араго. Видимо, домашнее образование и краткий лицейский курс оказались недостаточными для успешной учебы, потому что Сади были наняты репетиторы — Алексис Пти (по физике) и Пьер-Луи Дюлонг (по химии). Все упомянутые выше ученые внесли очень крупный вклад в науку, а репетиторы Карно теперь известны каждому физику как авторы закона Дюлонга — Пти.
Была у Политехнической школы еще одна особенность — она представляла собой военизированное учебное заведение. По ее окончании выпускники получали младшее офицерское звание, после чего могли направляться в воинские части для прохождения службы (в основном как строители укреплений) либо продолжить дальнейшее обучение в другом заведении. Сади три года проучился в Высшей школе в Меце, а затем в качестве специалиста-фортификатора в чине лейтенанта отправился в отдаленный гарнизон.
Служба была нудной и утомительной. Тщательно продуманные и прорисованные планы фортификационных сооружений никто и не думал воплощать в жизнь, а потому большую часть времени Сади проводил в отпусках без сохранения жалованья, пытаясь добиться перевода в Париж. В конце концов ему это удалось, и с января 1819 года он приступает к службе при французском генеральном штабе. Но и эта служба была чисто номинальной, потому как почти всё время он проводил в отпусках, но не бездельничал, а посещал различные лекции в Сорбонне и во Французском коллеже, где прослушал курсы прикладной химии и экономики промышленности.
В один из своих многочисленных отпусков в июне 1821 года Сади отправился навестить отца, поселившегося к тому времени в Магдебурге. Видимо, Карно-старший, всегда интересовавшийся различными механизмами, рассказал сыну о местной новинке — первой в Германии паровой машине, построенной в приютившем его городе тремя годами раньше. С этого времени Сади начинает размышлять над принципами работы тепловых машин и в 1824 году публикует единственную работу, обессмертившую его имя.
По возвращении в Париж он еще целых семь лет числился офицером генштаба, пока наконец в мае 1828 года не вышел в отставку, но французская армия не много потеряла — с момента окончания школы в Меце Сади в общей сложности провел в войсках не более 15 месяцев. В армейском жаловании Карно не нуждался — его доля наследства, полученного от деда по материнской линии, позволяла ему вести довольно безбедное существование, и он продолжал усиленно заниматься науками, хотя ничего не публиковал.
Как впоследствии оказалось, сгорело не всё. Кое-что сохранил его брат Ипполит, опубликовавший свои воспоминания о Сади и его заметки через 46 лет после его смерти. Любопытно, зачем ему понадобилось ждать столько лет?
Французам имя Сади Карно известно из учебников истории, но в них написано не об основателе термодинамики, а о его племяннике, сыне Ипполита, Мари Франсуа Сади Карно, ставшем пятым президентом Франции в Третьей республике и погибшем от руки итальянского анархиста. О его дяде, в честь которого тот получил имя Сади, похоже, помнят лишь физики.
Что же именно совершил в науке Сади Карно?
К середине 1820-х годов паровые машины уже вовсю использовались в Англии, в основном для откачивания воды из шахт. Они постоянно совершенствовались, но чисто опытным путем, методом проб и ошибок. О физических свойствах водяного пара и некоторых газов кое-что уже было известно, но в целом основы физики, химии, не говоря уже об электрических и магнитных явлениях, только закладывались. К точным наукам, пожалуй, можно было отнести лишь механику Ньютона.
Цикл Карно в координатах p (давление) и V (объем)
Цикл Карно в координатах T (температура) и S (энтропия)
Однако после смерти Карно его труд все-таки заинтересовал ученых. Первым, в 1834 году, работу Сади оценил его соотечественник физик Эмиль Клапейрон, кстати, трудившийся тогда в России. Вернувшись во Францию, он переиздал ее, снабдив оригинальный текст подробными комментариями. Но главное — он изложил словесные рассуждения Карно на языке математики, благодаря чему они стали проще и понятнее широкому кругу физиков.
Впрочем, Тэйт отмечает: работа переводчика была затруднена тем, что рассуждения Карно в некоторых местах весьма тонки, а иногда и непонятны. И это действительно так. Дело в том, что во времена Сади Карно такие современные физические понятия, как работа, мощность или энергия еще не были определены, а потому каждый был волен использовать нужные термины как ему заблагорассудится. Даже закон сохранения энергии тогда еще не был установлен.
Так что Николя Леонар Сади Карно не был таким уж неудачником. Жаль только, что он об этом так и не узнал.
Для дальнейшего чтения
Бродянский В. М. Сади Карно — основатель термодинамики. М.: Физматлит, 2004.
Читайте также: