Карно

Теория движения тепла имеет свой год рождения. В 1824 г. в Париже выходит книга 28-летнего инженера Сади Карно "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу". Но эту поистине революционную работу поначалу практически никто не заметил. Ни один из крупных ученых не откликнулся на ее публикацию, никто не обратил внимания на слова, которые были в ней сказаны: "...чтобы рассмотреть принцип получения движения из тепла во всей полноте, надо его изучить независимо от какого-либо агента, надо провести рассуждения, приложимые не только к паровым машинам, но и ко всем мыслимым тепловым машинам, каково бы ни было вещество, пущенное в дело, и каким бы образом на него ни производилось воздействие".

Программа, сформулированная в этих словах, была необычайно смелой. Может быть, только открытие закона инерции сравнимо с тем, что открыл Сади Карно.

Карно умер в 1832 г., так и не услышав никакого отклика. Естествоиспытатели XIX века порой бывали поразительно глухими, когда речь шла о новых взглядах.

В 1834 г. работа Карно, или, как тогда говорили, мемуар, была переработана и напечатана Клапейронлом в журнале Политехнической школы в Париже. Клапейрон использовал в своем изложении, которое носило более строгий математический характер, графическое представление тепловых процессов. Популярные сейчас кривые - изотермы, адиабаты - ведут свою историю от работ Клапейрона.

Мемуар Карно не был принят редакцией крупнейшего журнала "Анналы физики", редактором которого был Поггендорф. Статья же Клапейрона произвела на Поггендорфа столь сильное впечатление, что он сам перевел ее на немецкий язык и в 1843 г. напечатал в своем журнале.

В 1847 г. английский перевод был опубликован в одном из лондонских журналов, в котором печатались наиболее интересные научные статьи. Но и после этого у статьи не нашлось достаточно внимательного читателя. Лишь в начале 50-х годов, более чем через четверть века, наступило, наконец, время для понимания идеи Карно. Объединившись с идеей Майера о сохранении энергии (опубликованной в 1845 г.), они легли в основу исследований Томсона и Клаузиуса, превратившись в два основных закона термодинамики, ее первое и второе начало.

Из записей в дневнике, опубликованных после смерти Сади Карно его братом, ясно видно, что Карно фактически знал о законе сохранения энергии. В этих записях Карно приводит вычисление механического эквивалента тепла, получая для него значение 3,6 джоуля на 1 калорию (правильное значение 4,2 Дж/кал).

К сожалению, Ипполит Карно не оценил важности черновых заметок своего брата, если вообще он их читал. Заметки были напечатаны им лишь в 1878 г. в приложении ко второму изданию "Размышлений о движущей силе огня...".

К этому времени термодинамика уже стала признанной наукой и заметки Карно не могли оказать никакого влияния на ее развитие. А между тем в этих заметках было написано: "Тепло есть просто движущая сила или, вернее, просто движение, изменившее свою форму. Если происходит уничтожение движущей силы, то одновременно должно создаваться тепло в количестве, в точности пропорциональном количеству уничтоженной движущей силы". Движущая сила, писал Карно, "...изменяет свою форму, но никогда не уничтожается".

Если бы Карно успел опубликовать свои записи, то закон сохранения энергии стал бы известен почти за 20 лет до работ Майера и Джоуля, о которых мы еще будем говорить. Да и его главная работа стала бы более понятной, если бы в ней был использован закон сохранения энергии.

Но в своем мемуаре Карно еще ничего не пишет об эквивалентности теплоты и работы. Разделяя точку зрения на то, что тепловые явления связаны с перетеканием теплорода, он строит все свои рассуждения на неверной основе. Тем не менее ему удается получить правильные результаты. Нам работа Карно представляется совершенно удивительным образцом физической интуиции.

Попробуем несколько подробнее проследить за мыслями Карно.

Карно задал себе вопрос: каким образом возникает работа в тепловой машине и чем ограничена величина этой работы? Разные тепловые машины работают по- разному: одна дает большой эффект, с ее помощью можно произвести большие работы, другая работает хуже. Но можно ли безгранично улучшать машину?