Sadi Carnot

尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺（法语：Nicolas Léonard Sadi Carnot，1796年6月1日—1832年8月24日），法国物理学家、工程师、军官，被誉为“热力学之父”。尼古拉·卡诺在1824年6月12日发表了他唯一的出版著作《论火的动力》（《Reflections on the Motive Power of Fire》）。卡诺在这部著作中提出了卡诺热机和卡诺循环概念及卡诺定理。1832年，他染上了流行性霍乱，在同年8月24日被夺去了生命，病逝于巴黎，年仅36岁。在卡诺的一生中，他的研究不曾引起外界关注。卡诺生前的好友罗贝林（Robelin）在法国《百科评论》杂志上曾经这样写道：“卡诺孤独地生活、凄凉地死去，他的著作无人阅读，无人承认。”不过后来他的理论被鲁道夫·克劳修斯和威廉·汤姆森重新陈述，是建立热力学第二定律的正式定义熵的概念的重要基础。《论火的动力》这部著作也成为热力学成为现代科学的标志。

生平

1796年6月1日，尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺出生于法国巴黎小卢森堡宫。出生在一个杰出的科学和政治家庭。他是法国大革命时期著名的，杰出的数学家，军事工程师和法国革命军领袖拉扎尔·卡诺的长子。尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺名字中的“萨迪”（Sadi），是拉扎尔·卡诺从波斯诗人萨迪·设拉兹的名字中取的，生活中他一直被称为“萨迪”（Sadi）。法国政治家左派议员伊波利特·卡诺的哥哥。法兰西第三共和国的第四任总统玛利·弗朗索瓦·萨迪·卡诺则是他侄子。

1812年，萨迪·卡诺在16岁时，考入巴黎综合理工学院，成为一名军校学员，他同期的同学包括米歇尔·沙勒和贾斯帕-古斯塔夫·科里奥利。理工学院的当时目的是培训工程师为军事服务，但是由于在学院任教的多位著名科学家包括安德烈-玛丽·安培，约瑟夫·傅里叶，约瑟夫·路易·盖-吕萨克，西莫恩·德尼·泊松等，学院的数学教育十分突出。萨迪在1814年毕业后，成为了法国军队中工程师兵团的一名官员。卡诺的父亲拉扎尔·卡诺在法国大革命和拿破仑第一帝国时代担任要职。他先后是罗伯斯庇尔的十二人公安委员会的成员之一、拿破仑第一执政手下的战争部长及滑铁卢战役前百日王朝的内政部长。当拿破仑帝国在1815年被倾覆后，拉扎尔被流放国外。在路易十八复辟的波旁王朝君主政体下，萨迪在军队中变得越来越难立足。

1819年，萨迪调职到新成立的巴黎总参谋部。他仍然为军事任务服务，但从那时起，他开始将他大部分的注意力致力于他私下的研究，他当时只能得到三分之二的工资。卡诺结识了科学家尼古拉斯·克莱门特和他一起出席关于物理学和化学的讲座。这时他对蒸汽机性能改进的局限性产生了兴趣，这个问题引导他走上了热机理论研究的道路。并且在1824年发表了他的著作《论火的动力》（《Reflections on the Motive Power of Fire》）。1828年，卡诺在没有得到退休金的情况下从军队退役。1832年，他因患上了“躁狂症”和“谵妄”而被拘留在私人庇护所里。之后不久，他染上霍乱，病逝在塞纳河畔伊夫里的医院，年仅36岁。

背景

当卡诺开始准备编写这部著作时，蒸汽机对经济和工业的重要性已经取得了广泛的认可，但是一直没有关于控制蒸汽机把热转变为机械运动的各种因素的科学研究。在一个多世纪前的1712年，托马斯·纽科门发明了第一台活塞式蒸汽机，而大约50年后的1769年，詹姆斯·瓦特改良出的工业蒸汽机，大大提高了蒸汽机的效率和实用性。当时已经发明了复合引擎，甚至已经出现了原始形式的内燃机，这些发明卡诺都很熟悉，而他也在他的著作中描述其中的一些细节。然而，他也看到：人们知道怎样制造和使用蒸汽机，却几乎没有关于蒸汽机运作的科学理论。在1824年，能量守恒定律的原则仍然存在争议，热力学第一定律的确切措辞理论成形还需要数个十年之久; 热功当量再过二十年都不会被制定。关于热力的理论是热量的理论，把热作为一种当失去平衡时流动的失重和无形的流体。卡诺时代的工程师曾尝试通过使用高压蒸汽和流体的方式来提高发动机的效率。在当时引擎开发的早期阶段，一个合格的发动机的效率，燃料能够做到的有效利用，只有3％。