Сади Карно

Сади Карно (со старинной
гравюры)

Инж. Фрадкин

Карно (Николай Леонард, Sadi Carnot) родился в 1796 г. В 1814 г. окончил курс политехнической школы и вступил на государственную службу, которую оставил в 1819 г. с целью совершить поездку в Германию; в 1824 г. напечатал единственный свой труд; „Reflexions sur la puissance motrice du feu“ — доставивший ему славу основателя механической теории тепла. С 1826 по 1828 гг. Карно был опять на государственной службе, а в 1832 г. скончался от холеры. На долю Карно выпало редкое счастье—найти плодотворный метод исследования и даже получить некоторые верные заключения, исходя из неверного предположения. Он сравнивал тепловую машину с водяным двигателем и предположил, что работа получается только вследствие перехода тепла из источника высшей температуры в холодильник как в источник температуры более низшей.

О переходе же тепла в работу Карно ничего не говорит в своей книге; только в 1872 -г. брат его (H. Carnot) напечатал в „Journal de PEc. Polyth“ (II Seriе, t. 1), посмертные его бумаги, в которых ясно, но неуверенно высказывается понятие о механическом эквиваленте тепла и даже приводится численная величина его, очень близкая к вычисленной Мейером: «на основании некоторых, составленных мною идей о теории тепла, получение одной единицы двигательной способности (1 000 кг., поднятых на 1 м) делает необходимым уничтожение 2,70 единиц тепла».

Так скромно повествует «Энциклопедический словарь» Брокгауз-Ефрон о величайшем исследователе своего времени, инж. Сади Карно.

Начало XIX в. ознаменовалось широким распространением паровых машин. Шведский путешественник Свендевстверни, посетивший Англию в 1802 г., был поражен ее успехами. Он пишет: «Не будет преувеличением сказать, что эти машины в Англии так же и даже более распространены, как у нас водяные и ветряные мельницы». К тому времени паровые машины производят уже многие другие страны: Франция, Бельгия, Германия, Соединенные штаты и Россия. В 1807 г. Фультон построил первый пароход. Прогресс шел столь быстро, что уже в 1819 г. пароходу «Savannah» удалось переплыть Атлантический океан.

Распространение паровых машин возбудило интерес к общим вопросам использования тепла, как источника движущей силы

«Выступая в виде машины,—пишет Маркс,— Средство труда приобретает такую материальную форму существования, которая обусловливает замену... эмпирических рутинных приемов сознательным применением естествознания».*

В этом «сознательном применении естествознания» к тепловым машинам заключается огромная историческая роль Карно, умершего 100 лет назад.

Блестящий инженер проявлял большой интерес к политической экономии и прекрасно предвидел будущее паровых машин.

«Изучение этих машин,— пишет Карно,— чрезвычайно интересно, так как их значение велико и распространение растет с каждым днем. По видимому, им суждено сделать большой переворот в цивилизованном мире... Со временем должно быть она (паровая машина) станет универсальным двигателем, который получит преимущество над силой животных, падающей воды и потоков воздуха... Она не только заменит имеющиеся теперь в употреблении двигатели удобным и мощным двигателем, который можно повсюду перенести -ч поставить, но и даст тем производствам, в которых она будет применена, быстрое развитие и даже может создать новые производства».

Выяснив огромное значение паровой машины, Сади Карно приступил к построению теории тепловых двигателей. До Карно подобной теории не существовало. Ему первому пришлось поставить и разрешить те вопросы, которые сохраняют актуальное значение до нашего времени. Современники не оценили работ Карно; даже долгое время после смерти имя гениального ученого не было широко известно. Между тем Сади Карно, обладая исключительной силой предвидения, предсказал многие изобретения, непонятные современникам и получившие свое применение лишь только в XX в.

Бессмертие Сади Карно началось... через 50 лет после его смерти.

Даже в наше время немногие представляют себе ту исключительную роль, которую пришлось сыграть Карно в истории естествознания. Достаточно указать на то обстоятельство, что Карно первый обосновал выгодность применения паров высокого давления и высоких температур, получивших такое широкое распространение в наше время на крупных электростанциях. Он же сформулировал основные принципы действия холодильной машины и двигатели внутреннего сгорания. Мало того он предвидел наиболее рациональную конструкцию этого двигателя (цикл Дизеля) и преимущество его по сравнению с паровой машиной. Сади Карно был первым ученым, поставившим вопрос об использовании выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Он предлагал пропускать эти газы через паровой котел и получать пар за счет «даровой энергии».

Таким образом Карно предсказал наиболее совершенное использование отбросной энергии двигателя внутреннего сгорания и принципы его конструкций, в то время, когда подобного двигателя еще не существовало.

Проект Карно получил свое осуществление лишь только в начале XX в., почти через 100 лет после его смерти (котлы Дейтц и др.).

Сади Карно в своем творчестве перешагнул столетия. Его можно смело назвать ученым XX в., так как только в последние uоды теплотехника стала разрешать проблемы, поставленные Карно много лет тому назад (применение паров высокого давления, сжигание пылевидного топлива в двигателях Дизеля, использование газов, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания и др.).

Ученые современники Карно представляли себе теплоту, как невесомую жидкость, переливающуюся от тел более нагретых к телам, менее нагретым. Эта жидкость называлась «теплородом». Сам Сади Карно в первые годы своей работы разделял теорию теплорода, хотя она и представлялась ему сомнительной. В своих сочинениях он высказывает следующую замечательную мысль, в которой содержится как бы прообраз современной теории тепла:

«Разве возможно для явлений тепла и электричества придумать иную причину, кроме какого-либо, движения тел, и разве эти движения не должны подчиняться законам механики».

После смерти Карно были опубликованы его дневники, из которых совершенно ясно видно, что он отбросил ложную теорию теплорода и стал считать теплоту одним из видов энергии. Вот подлинные слова Карно:

«Тепло не что иное, как движущая сила или, вернее, движение, изменившее свой вид,— это движение частиц тел...»

Мало того Карно ввел понятие об эквивалентности тепловой и механической энергии:

«Повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы.
Обратно: всегда при исчезновении тепла возникает движущая сила».

Затем Сади Карно указывает, что один калорий, превращаясь в работу, дает 370 кгм. Этот эквивалент был найден немецким ученым Майером только через 10 лет после смерти Карно. Поэтому Майер до сих пор считался первым, определившим эквивалентность тепловой и механической энергии.

Огромный интерес представляет формулировка Сади Карно закона сохранения энергии. Он был первым ученым, давшим в высшей степени ясное представление о неизменном количестве энергии в природе:

«... движущая сила существует в природе в неизменном количестве, она, собственно говоря, никогда не создается, никогда не уничтожается, в действительности она меняем форму, т. е. вызывает то один род движения, то другой, но никогда не исчезает».

* Работа Сади Карно переведена на русский язык и издана в серии «Классики естествознания» (Сади Карно. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. Перевод С. Э. Фриша и Ю. А. Круткова, (под ред. и с примечаниями В. Р. Бурксона. Государственное издательство, 1933 г.).