封 面 说 明

(萨迪·卡诺和卡诺循环)

今年是法国科学家萨笛.卡诺发表他的不朽之作《关于火的动力》 (Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developer cette puissance)一书的两百周年.众所周知,此书中所讨论的卡诺循环不仅解决了当时工程界极为关心的热机效率的上限问题,而且奠定了此后热力学发展的基石,使之成为19世纪经典物理学的三大支柱之一,也为平衡态统计力学的引入打开了大门.

萨迪·卡诺的全名是尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺(Nicolas Léonard Sadi Carnot),于1796年6月1日出生于法国巴黎.他的父亲拉扎尔·卡诺在法国大革命和拿破仑第一帝国时期担任要职.拉扎尔不仅是一位政治家,而且也是一位科学家和文学爱好者.据说,卡诺的中间名即是老先生为了纪念13世纪的波斯诗人萨迪.穆沙里夫而加上去的.

1812年,卡诺考入巴黎综合理工学院(École Polytechnique),在那里受教于泊松、盖-吕萨克、安培和阿拉果等人.1819年,他加入新组建的巴黎总参谋军团.卡诺一边进行科学研究,一边在法兰西学院听一些新课程.他发现,热机效率低是当时工程界的一个难题.这个问题使他走上了热机理论研究的道路.

当时的工程界对如下两个问题进行着热烈的讨论:(1)热机效率是否有一上限?(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,工程师们曾采用空气、二氧化碳等代替蒸汽,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.卡诺选取了截然不同的途径.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.通过不懈的努力,他提出了“卡诺热机”和“卡诺循环”的概念,同时建立了“卡诺定理”,并在1824年6月12日以专著的形式发表了自己的成果.由于这些知识是本刊的每一个读者们所熟悉的,我们就不再赘述了.

1832年6月,卡诺染上了猩红热,不久后转为脑炎,他的身体遭受了致命的打击.后来他又染上了流行性霍乱,于同年8月24日逝世,年仅36岁.按照当年的防疫条例,卡诺生前所写的大量手稿被烧毁.幸得他的弟弟将小部分手稿保留了下来,直到1878年才整理发表出来.换句话说,按照今天的计算方法,卡诺生前应该是一位具有h因子(Hirsh Index)1的作者.

英国著名物理学家麦克斯韦对卡诺的工作做出了如下的评价.他说:“卡诺的理论是一门具有可靠的基础、清楚的概念和明确的边界的科学”.这可能是一位公认的大师对于另外一位大师所能给予的最高赞美了.