热力学的发明

北极熊

热力学是法国科学家卡诺奠定的一门新科学，它的建立是由研究蒸汽机的效率开始的。卡诺生活的时代，蒸汽机正处在黄金时期，但是各种不同的蒸汽机，其效率相差很大。怎样才能使蒸汽机发挥最大的效率呢?带着这个问题，卡诺第一个对蒸汽机的效率进行了精密的物理和数学研究。他发现蒸汽机的基本工作过程被各种辅助过程所掩盖，不是以纯粹形式出现的。于是他设计了一台现实生活中不存在、仅供研究之用的“理想热机”。在他的深入研究下，事物的本质暴露出来了：当理想热机进行完整循环过程的时候，蒸汽机所作的功只能是由于蒸汽从高温到低温的热量变化的结果，热和功相互联系起来了。1824年，卡诺发表了《论火的动力》一书，在扼要评述蒸汽机重要性之后，他提出了卡诺循环和卡诺定理，主张热是一种物质运动形式，它是不生不灭的。这是历史上关于能量守恒原理的最早表述。卡诺的理论尽管包含了正确的科学内容，但他在解释中犯了先入为主的错误。他把热机比作水车，认为如同水通过落差而带支水车作功并不改变水的总量一样，在热机的工作过程中热质总量也没有损失，从高温加热器放出的热量和低温冷凝器所接收的热量是相等的。好在卡诺后来察觉到他的理论并非完美无缺，需要新的实验的检验。从1830年起，他更进一步意识到把热机比作水车并不确切，在热机循环中一些热由于转变为机械能而消失了。卡诺的著作生前没有引起人们的重视， 1832年卡诺得霍乱过早死去，他用过的东西连同一些珍贵的手稿都被烧毁。1878年，人们才重新发表了他的遗著。由于能量守恒原理早已为世人所知，人们对卡诺的著作给予了应有的评价。今天,人们把卡诺视为力学中的伽利略，认为他奠定了现代热力学和热动力机械技术的基础。