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皇帝 | 2019-6-1 10:53:24

出生於法國大革命時期的物理學家卡諾只活了短短36個寒暑,他一生只出版了一本著作《論火的動力》,總結他對蒸汽機的思考。他在世時,這本書始終未引起注意,他滿腔熱血的研究完全沒有引起任何迴響,就這麼孤獨的死去。但後來他的著作又被重新發現,而今我們稱他為「熱力學之父」……。

卡諾是將軍之子。他的父親拉劄爾·卡諾(Lazare Carnot)不但在法國大革命扮演要角,還在拿破崙掌權後位居高職。但拉劄爾同時也是位傑出的數學家,因此卡諾進入專門培養軍中工程師的巴黎綜合理工學院,並於1814年畢業後加入軍隊,應是父親的有意栽培。無奈第二年拿破崙於滑鐵盧戰役輸掉英法戰爭後,失去政權,慘遭放逐,拉劄爾也因此被放逐至德國,從此無法返國。

1821年,卡諾前往德國探視父親。拉劄爾語重心長地鼓勵他研究蒸汽機,因為法國製造的蒸汽機效率遠不如英國,若無法加以改進,國力就永遠無法與英國匹敵。卡諾返回巴黎後,自此全心研究蒸汽機。

打從瓦特改良的蒸汽機問世後,人們即不斷試圖改進,但半世紀以來都只能瞎子摸象般地嘗試錯誤,從來不曾探討其根本的科學原理。這是因為大家對於熱、能量、作功這些基本觀念都還懵懵懂懂,根本不知該如何描述蒸汽機運作過程中的種種變化。

卡諾的突破在於以理想化的熱機模型思考蒸汽引擎的工作原理。他想像汽缸裡面的氣體經由等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮四個過程不斷循環(稱為卡諾循環),而帶動活塞作功。他證明這樣的引擎效率只取決於此過程的高低溫溫度,與其它因素無關,而且不可能有其它引擎比他這個熱機模型效率更高(稱為卡諾定理)。

卡諾於1824年出版《論火的動力》詳述他的研究心得,但這些學術理論無人聞問,他未能如願幫助提昇法國的蒸汽機技術,即於36歲感染霍亂過世。1848年,英國物理學家開爾文爵士根據卡諾定理引進絕對溫標;1850年,德國物理學家克勞修斯根據卡諾的研究發表熱力學第一定律與第二定律;1893年,德國發明家狄塞爾(Rudolf Diesel)根據卡諾循環發明柴油引擎。卡諾在世時看似無用的學術理論終究證明了其用大也,而且得到的是國際性的認同。

資料引用於:http://history.pansci.asia/

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皇帝 | 2019-6-1 10:55:50

卡諾(1796 -1832)是法國拿破侖時代末期人,享年 36 歲。他自小矢志科學,進理工科學校,再進工兵科。一八一九年,卡諾退伍,專心研究科學及藝術,1832年他先罹患猩紅熱,又得了腦膜炎,最後死於霍亂,因此所有研究資料幾乎都被燒毀了

卡諾是以「卡諾循環」留名於科學史的。他指出熱從高溫物體移到低溫物體時才會產生動力,並認為最理想的機械應該具備:由帶著活塞的汽缸裡面的氣體所產生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四種可逆循環過程(又稱卡諾循環)。他用永動機械不可能的原理證明了可逆熱機的效率必定大於不可逆熱機,這個「卡諾定律」成為熱力學第二定律的基礎。


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皇帝 | 2019-6-1 11:01:43

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