卡诺,1796年出生在法国。他一生潜心于热机理论研究,仅仅活了36岁。
卡诺正生活在人们对热机理论进行热情探索的时代,为此他很早就投身到了这一研究热潮之中。卡诺认为,研制热机的目的在于为人们提供更多的动力,解决人们对动的各种需要;因而研究热机的目的就在于找出热机的不完善原因,为研制出更高效能的热机提供依据。为此,他“从足够普遍的观点”出发,研究“由热得到运动的原理”。他用科学抽象的方法,舍弃与热机工作过程无关紧要的辅助和次要因素,构思设计出了一台现实生活中不存在的纯供研究之用的“理想热机”。这台理想热机没有摩擦和对外的热交换,所以没有因为热量散失而引起不作功的热清耗,只有最基本的热向机械功转化的工作过程。卡诺通过对理想热机的深入研究认为,热机必须工作于高温热源与低温热源之间,
热量只有从高温热源转移到低温热源时才能作功。所有那些因加热和冷却而发生体积变化的物质,都可以用来作为汽缸内的工作物质。理想热机所能产生的机械功,由两个热源的温度差决定。
卡诺在用热质说解释上述结论时,认为热机的工作过程总要伴随着热质的流动和重新分布,因而热机和水车十分相似。他说:“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比”,“瀑布的动力依赖于它的高度和水量,热的动力依赖于所用热质的量和我们可以称之为热的下落高度,即交换热质的物体之间的温度差。”在这里,卡诺把热机比成了水车,热力比成了水源,既然瀑布的动力依赖于水量和水的高度,那么热的动力便应该依赖于热质的数量和热质的“下落高度”,即交换热质的两物体之间的温度差的结论。这样就使卡诺得出了一个错误的结论:即正如水通过落差带动水车作功并不改变水的总量一样,在热机工作过程中热质总量并没有损失,从高温加热器放出的热量和低温冷凝器接收的热量是相等的。在卡诺看来,这就是说在热机运转时,热质的总量是不变的,
只是发生了热质由高温物体流向低温物体而作功;只有热质本身的守恒,不是热能向机械能的转化。因此他虽然从实验中得到630卡热可作1马力机械能的结果,但仍然不能建立起热功当量概念。也就是说,他虽然碰到了热功当量,但由于他相信错误的热质说,却不能发现它和解释它。从而使得他的结论虽不违反能量守恒的转化定律,但对这一结论的证明却恰恰违反这一定律,并错误地证明了制造第二种永动机的可能,违反了热力学第二定律。因为热质的总量守恒不变,不向能转化,所以热质可以循环往复地使用,就可以造出永动机来。
错误的思想出发点,就这样使卡诺的理论包含了正确的科学内容,但在解释证明中却得出了不正确的结论。
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