Глава III. Клапейрон и его вклад в развитие термодинамики

Биографические сведенья

Продолжателем работ С. Карно по теории тепловых машин был его соотечественник инженер-строитель Б. Клапейрон. Бенуа Поль Эмиль Клапейрон родился в Париже 26 января 1799 г. О его родителях известно лишь то, что записано им в послужном списке: "недвижимой собственностью не владели". В 1816 г., завершив среднее образование в одном из лицеев Парижа, Клапейрон поступает в Политехническую школу, которую двумя годами раньше окончил С. Карно. В 1818 г., после получения специальности военного инженера, Клапейрон приступает к работе во Французском горном корпусе в должности инженера-ученика и одновременно посещает занятия в Минной школе. В 1819 г. он, выполняя обязанности горного инженера, вместе со своим другом Габриэлем Ламе, тоже выпускником Политехнической школы, совершает поездку по Гарцу. Маршрут был выбран не случайно. В те годы этот горный район представлял собой богатую кладовую полезных ископаемых - меди, серебра, цинка, свинца и др. При разработке месторождений наряду с ручным трудом широко использовались технические усовершенствования. Именно это привлекло внимание начинающих исследователей.

Во время этой поездки молодые специалисты знакомились с рудниками и шахтами, машинами и механизмами, обслуживающими эти предприятия, вникали во все детали горнорудного производства. Это была не экскурсия, а творческая инженерная работа. Результатом этой поездки явились первые публикации Клапейрона, одна из которых была посвящена зубчатым колесам, другая - описанию парохода. Заметим, что тематика первых работ ученого очень близка той, которой он посвятил всю свою жизнь.

Б. Клапейрон

После возвращения молодые исследователи были представлены генералу русской службы П. П. Базену, который пригласил их в качестве преподавателей в Петербургский институт инженеров путей сообщения. Колебаний почти не было. Широкие возможности для применения полученных знаний, желание познакомиться с далекой неизвестной страной побеждают: Клапейрон и Ламе дают согласие на поездку в Россию. Указ об их назначении на русскую службу был издан 20 июня 1821 г.

Педагогический коллектив института представляли в основном выпускники Петербургского и иностранных университетов. Однако в преподавательских кадрах постоянно ощущался недостаток. Это можно объяснить тем, что молодые преподаватели и подающие надежды инженеры-выпускники назначались руководителями строительных работ в различных уголках России и надолго, а то и навсегда оседали там. Пополнение кадров осуществлялось за счет приглашенных зарубежных ученых - из Германии и Франции. Особенно высок был авторитет выпускников Политехнической школы.

Качество подготовки специалистов в институте было поставлено достаточно высоко. Значительная часть программы была посвящена элементарной и высшей математике, механике, гидравлике, начертательной геометрии и статистике. Важным разделом учебных программ был, курс основ строительного дела. Обязательным для выпускников считалось умение составлять проекты и сметы работ.

По прибытии в Россию Клапейрону было поручено заведование кафедрами механики и химии. Свою работу в институте Клапейрон начал с разработки порученных ему курсов. К уже существующим разделам механики он добавил новые - о паровых машинах, ветряных мельницах и др. Учитывая важность прикладного значения механики, Клапейрон разделил читаемый им курс на два: прикладную и рациональную (теоретическую) механику. Таким образом, он был первым лектором в России, читавшим эти курсы в отдельности. Аналогичное деление (на прикладную и теоретическую) он осуществил и в химии.

В 1827 - 1828 гг., кроме разработки и чтения лекций по механике и химии, Клапейрон руководил проектами выпускников и читал лекции по астрономии. В 1829 - 1830 гг. совместно с Ламе он организовал курс "Новые открытия и усовершенствования в художествах, относящиеся до предметов, преподаваемых в институте". Не менее важным был разработанный им курс построений (инженерная графика), прочитанный в этом же году. Кроме обязательных, Клапейрон и Ламе пытались организовать чтение публичных лекций, но организация этого мероприятия продвигалась с большим трудом и завершилась успешно только в 1830 г.

Преподавательскую деятельность Клапейрон успешно совмещал с научными изысканиями. В петербургский период жизни он много внимания уделял строительству мостов из различных материалов, углублению рек и каналов, сооружению шлюзов, изысканию новых систем водных коммуникаций и другим инженерным вопросам.

В дополнение к существующим нагрузкам ему как руководителю кафедры химии было поручено изучить свойства известей русских месторождений с целью их применения в строительстве. Клапейрон провел тщательные исследования, результаты которых были положительными: оказалось, что русские извести ни в чем не уступают привозным. К вопросу о свойствах известей из различных месторождений Клапейрон неоднократно возвращался в последующие годы. Под его руководством были проведены первые испытания бетона, изготовленного в России, и осуществлено его первое применение для строительства опор моста. Клапейрон был членом многих комиссий по изучению проектов и смет, рецензировал изобретения и усовершенствования. Он не только рассматривал проекты, представленные в комиссию, но и сам много и плодотворно занимался проектированием.

В конце 1825 г. в связи с развитием конструкций ценных мостов Клапейрону были поручены испытания прочности русского железа, которое шло на изготовление цепей. Эти испытания также прошли успешно и доказали пригодность русского металла для строительства мостов. Следует отметить, что все поручаемые ему исследования Клапейрон проводил очень добросовестно в противовес другим иностранным специалистам, работавшим в России, которые были заинтересованы в выгоде зарубежных фирм, снабжавших Россию сырьем и готовой продукцией. Руководители различных министерств и ведомств всегда очень высоко отзывались о научной компетенции Клапейрона. В знак признания научных заслуг Клапейрон был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук, награжден орденами.

Период пребывания Клапейрона в России был очень плодотворным для ученого. В эти годы им было опубликовано свыше десятка работ, получивших достойную оценку и признание современников. В числе этих работ следует выделить такие, как "Об устройстве сводов" (1826), "О построении веревочных многоугольников" (1827), "О приложении статики к решению задач, входящих в теорию наименьших расстояний" (1827). Именно в России Клапейрон сформировался как исследователь, здесь он проявил себя как опытный инженер и знающий наставник. Россия действительно предоставила ему огромные возможности для приложения и развития его способностей.

Может сложится впечатление, что вся жизнь Клапейрона в России - это неизменное движение вверх по служебной и академической лестницам. В действительности это совсем не так. Иначе трудно объяснить резкое изменение в отношении к нему со стороны царского двора и административного аппарата, последовавшее в 1830 г., которое привело в конце концов к тому, что Клапейрон и Ламе вынуждены были в 1831 г. покинуть Россию. Причину их внезапного отъезда сейчас трудно установить.

Оба ученые, и Клапейрон, и Ламе, как уже упоминалось, происходили из семей, не владевших недвижимой собственностью. Люди, выросшие и сформировавшиеся в бурные революционные годы, не могли не иметь передовых взглядов, созвучных эпохе. Это было известно тем, кто должен был следить за развитием революционных событий в Европе и пресекать распространение крамолы в России. Ученых неоднократно предупреждали на недопустимость высказываний по поводу Июльской революции 1830 г. Однако воспитанные в свободном духе, имея независимый характер, они не считали нужным подбирать выражения, высказывая свои политические убеждения, и бурно выражали горячее одобрение молодой республике.

Это непослушание стоило им очень дорого, особенно Клапейрону. В конце 1830 г. он срочно командируется в Вытегру. Сроки командировки предусматривали его возвращение не ранее лета 1831 г. Такая длительная командировка среди профессорского состава была исключением. Ссылки на слабое здоровье и незнание языка, на суровый климат места назначения и его удаленность не смогли предотвратить эту поездку. Надо полагать, что этот акт был ответным ходом на вольнодумство и непослушание Клапейрона.

Возвратившись в 1831 г. из командировки, Клапейрон с начала 1831/32 учебного года продолжил свою преподавательскую деятельность. Но вскоре совершенно неожиданно для окружающих Клапейрон и Ламе, ссылаясь на нездоровье, подают заявление об отставке. К всеобщему удивлению, отставка была принята незамедлительно. Удивляться такому обороту дела были причины. Попытка ученых возвратиться на родину была предпринята впервые в 1824 г., но тогда их прошение даже не рассматривалось. Подобные попытки, предпринимаемые позднее, также получали неизменный отказ. Но теперь терпение царских чиновников вдруг иссякло. По всему видно, что на этот раз от них просто решили избавиться, и как можно скорее, опасаясь их революционного духа.

По возвращении на родину Клапейрон продолжал заниматься инженерной деятельностью, в первую очередь строительством мостов и дорог. Не оставил он занятий и по разработке и усовершенствованию лекционных курсов. Особенно много внимания Клапейрон уделял курсу "Паровые машины", так как в те годы железнодорожный транспорт все увереннее входил в жизнь.

Дальнейшая жизнь и научное творчество Клапейрона посвящены железнодорожному транспорту. Это было время, когда развивающийся капитал нуждался в железных дорогах и имел средства, чтобы интенсифицировать их строительство.

Клапейрон руководил строительством железной дороги Париж - Сен-Жермен, Бордо - Байона. Одновременно ему приходилось проектировать и руководить строительством мостов через Сену, Гарону и другие реки. Он постоянно совершенствовал их конструкции, разрабатывал простые методы расчета, которые впоследствии были приняты на вооружение всеми инженерами-мостостроителями. Клапейрон являлся бессменным консультантом различных обществ и компаний, занимающихся строительством мостов и крупных железных дорог.

В 1858 г. заслуги Клапейрона в инженерном строительстве были официально признаны: его избрали членом Французской Академии наук. Как и в России, он занимал посты в различных комиссиях и комитетах академии. За активное участие в работе промышленных обществ и за большой вклад в науку он был неоднократно награжден и премирован.

Клапейрон на протяжении всей жизни продолжал интересоваться теорией паровых машин. Им написана важная работа о регулировании пара в паровых машинах (1842). В 1844 г. он был назначен профессором Школы мостов и дорог, где продолжал читать созданный им курс "Паровые машины".

До последних дней Клапейрон был связан с Россией. В своих печатных трудах он не раз высказывал высокую оценку системе подготовки, принятой в Институте путей сообщения. Русские инженеры, бывая в Париже, встречались с ним, обсуждали инженерные идеи, советовались, консультировались. Библиотека института регулярно получала оттиски работ Клапейрона и литографированные издания читаемых им курсов.

В 1859 г. Клапейрон был приглашен в Петербург на юбилей института. Но шестидесятилетний ученый, поблагодарив за приглашение, не поехал на празднества, сославшись на длительность путешествия и слабость здоровья.

Умер Клапейрон шестидесяти пяти лет (28 января 1864 г.) в Париже. В память о заслугах перед нацией одна из улиц Парижа названа его именем.

По воспоминаниям современников, Клапейрон пользовался в среде коллег признанием как крупный ученый и думающий инженер. Но более всего, отмечают они, в ученом покоряли доброта, проявляющаяся в отношениях с людьми, его отзывчивость, научная честность и добросовестность. Это снискало ему не меньшую славу, чем все его научные труды и инженерные изыскания.