封 面 說 明

(薩迪·卡諾和卡諾循環)

今年是法國科學家薩笛.卡諾發表他的不朽之作《關于火的動力》 (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不僅解決了當時工程界極為關心的熱機效率的上限問題,而且奠定了此后熱力學發展的基石,使之成為19世紀經典物理學的三大支柱之一,也為平衡態統計力學的引入打開了大門.

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任要職.拉扎爾不僅是一位政治家,而且也是一位科學家和文學愛好者.據說,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.卡諾一邊進行科學研究,一邊在法蘭西學院聽一些新課程.他發現,熱機效率低是當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.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”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年才整理發表出來.換句話說,按照今天的計算方法,卡諾生前應該是一位具有h因子(Hirsh Index)1的作者.

英國著名物理學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、清楚的概念和明確的邊界的科學”.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.