Карно. Обратимый тепловой двигатель
В течение длительного времени превращение теплоты в котле машины в энергию махового колеса, хотя и широко использовавшееся, не рассматривалось, однако, с точки зрения точной науки 8 - 3. Каждая машина имела своп собственный коэффициент расхода угля при превращении его в работу, и этот коэффициент, по - видимому, уменьшался по мере усовершенствования машин. Казалось, не было границ для увеличения коэффициента полезного действия, однако такие границы должны были существовать, в противном случае было бы возможно вечное движение. Именно такого рода соображения побудили Сади Карно, одного из величайших непризнанных гениев XIX века, написать свои eReflexions sur la puissance motrice du feu» («Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». — Перев.) (1824). Сади Карно (1796 — 1832) был сыном Лазара Карно, «организатора победы» Французской революции. Он получил инженерное образование в новой Политехнической школе и был одним из первых, кто применил физико - математические принципы к работе новых машин.
Карно представлял себе паровую мгшину как своего рода мельницу, в которой теплород при высокой температуре протекает через машину и уходит из нее в конденсатор при низкой температуре; если бы в ходе этого процесса не было никаких потерь, был бы проделан максимум возможной работы. Проверкой этого была обратимость машины, которая, действуя как то, что мы сейчас называем тепловым насосом, могла использовать ту же энергию обратимым способом, чтобы поднять температуру того же количества теплорода с низкой до высокой. Он показал, что даже при оптимальном условии обратимости только какая - то доля сообщенной машине теплоты могла быть превращена в полезную работу. Иными словами, теплота может создавать работу только при наличии разности температур. Это равносильно тому, что позднее было названо вторым законом термодинамики.
Карно пошел дальше этого и обнаружил, что известная часть тепла фактически превращалась в машине в работу, и даже нашел, какая именно часть. Однако до того, как он смог опубликовать эти данные, Карно скончался от холеры, и в течение 50 лет его замечательное открытие механического эквивалента тепла оставалось погребенным в его записных книжках. Между тем и опубликованная им работа также была почти забыта, пока в 1832 году о ней не вспомнил Клапейрон. Позднее, однако, она должна была составить основу основ новой науки — термодинамики. Полное раскрытие взаимосвязи между теплотой и работой было сделано еще почти через четверть века. К тому времени потребность в ней уже давно назрела.