科学史-物理学编年史-52卡诺循环

时间：公元1824年。

尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺（NicolasLéonardSadiCarnot，1796年6月1日~1832年8月24日），是法国青年工程师、热力学的创始人之一。

他兼有理论科学才能与实验科学才能，是第一个把热和动力联系起来的人，是热力学的真正的理论基础建立者。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，并假定该循环在准静态条件下是可逆的，与工质无关，创造了一部理想的热机（卡诺热机）。

由于蒸汽机的发明，工业革命在欧洲逐步兴盛起来了。蒸汽机正在使法国和蒸汽机的故乡——英国日益工业化，为它们增加了国力和财力。作为法国人的卡诺亲身经历了这场蒸汽机革命的冲击，亲眼看到了蒸汽机是怎样促进人类文明向前发展的。然而，他也看到：人们知道怎样制造和使用蒸汽机，而对蒸汽机的理论却了解不够。

当时的热机工程界对这样两个问题进行着热烈的讨论：（1）热机效率是否有一极限？（2）什么样的热机工作物质是最理想的？

在对热机效率缺乏理论认识的情况下，工程师只能就事论事，从热机的适用性、安全性和燃料的经济性几个方面来改进热机。他们曾盲目采用空气、二氧化碳，甚至采用酒精来代替蒸汽，试图找到一种最佳的工作物质。这种研究只具有针对性，而不具备普遍性；从某一热机上获得的最佳数据不能套用于另一热机。这就是当时热机理论研究的状况。卡诺采用了截然不同的途径，他不是研究个别热机，而是要寻一种可以作为一般热机的比较标准的理想热机。

当拉扎尔在1823年8月病故后，卡诺的弟弟回到巴黎，协助卡诺完成了《关于火的动力》一书的写作，使它在1824年6月12日发表。卡诺在这部著作中提出了“卡诺热机”和“卡诺循环”的概念及“卡诺原理”。

根据卡诺热机理论，“卡诺热机”是一切工作于相同高温热源和低温热源之间的热机中效率最高的热机，是一种理想热机；“卡诺循环”是一种可逆循环，按照现代的术语来说，是熵保持不变的循环。“卡诺原理”说：“热动力与用来产生它的工作物质无关，它的量唯一地由在它们之间产生效力的物体（热源）的温度来确定，最后还与热质的输运量有关”。

值得注意的是，卡诺在1824年论著中借用了“热质”的概念，这是他的理论在当时受到怀疑的一个重要原因。卡诺之所以要借助于“热质”，是为了便于通过蒸汽机和水轮机的形象类比来发现热机的规律。在卡诺看来，“热质”正如水从高水位流下推动水轮机一样，它从高温热源流出以推动活塞，然后进入低温热源。在整个过程中，推动水轮机的水没有量的损失；同样，推动活塞的“热质”也没有损失。为了避免混乱，卡诺在谈到热量、或热与机械功的关系时，就不用“热质”一词，而改用“热”；况且在他后来的研究记录中，他就彻底抛弃了“热质”一词。在一个很长的时间内，不少人说卡诺是“热质”论者，其实是没有根据的。

卡诺的研究具有多方面的意义。他的工作为提高热机效率指明了方向；他的结论已经包含了热力学第二定律的基本思想。克拉珀珑将卡诺循环在一种“压（力）-容（积）图”上表示出来，并证明卡诺热机在一次循环中所做的功，其数值恰好等于循环曲线所围的面积。克拉珀珑的工作为卡诺理论的进一步发展创造了条件。

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