热力学理论的创立大

热力学的理论基础，是由法国工程师卡诺创建的。

萨迪·卡诺，1796 年生于法国巴黎，父亲是法国著名的将军、军事工程师，在数学和物理方面也有很深的造诣。卡诺从小受到良好的教育，对数学和物理非常感兴趣，并表现出一定的才能。

卡诺在青年时代就学干巴黎多种工艺学院。在这里，他受深入研究蒸汽机的克拉特教授的影响，而喜欢上蒸汽机。毕业后.卡诺到陆军中任机械工程师。

卡诺生活的时代，正是蒸汽机登 f 工业动力王位的蒸汽时代，蒸汽机应用到采矿、机械、冶金、交通运输等一系列工业部门，促使社会生产力迅速发展。尤其是最早进行工业革命的英国，发展更快。

相比之下，法国进展缓慢。1789 年法国大革命爆发后，法国政局动荡，战争频繁，1815 年拿破仑的“百日王朝”覆灭后，出现了波旁王朝的复辟，法国沦为欧洲的落后国家之一。

为了振兴祖国，法国的有识之士积极从事蒸汽机研究，以此促进法国科学和工业的繁荣。人疾呼：“蒸汽机对法兰西极为重要，在英国已证明了它的用途不断扩大，注定要给文明世界带来一场伟大的革命。”

1820 年，卡诺离开军队后，就专心致志地研究蒸汽机。

英国的瓦特在革新纽可门蒸汽机的过程中，曾得到科学的帮助，发明了冷凝器，提高了蒸汽机的效率。在 18 世纪末到 19 世纪初，蒸汽机主要靠工

匠的经验技艺制作和改进，因此，它的效率提高很慢。从 1794 年到 1840 年，其效率仅由 3%提高到 8%。

这样，进一步提高蒸汽机的效率是生产和交通运输的迫切需要，这是工匠们的经验所不能解决的，必须从理论上去探索热动力的机制，靠热力理论去解决问题。

卡诺在研究蒸汽机的过程中，最主要的是研究它的热效率问题，也就是热能和机械能之间转化问题。

卡诺搜集了前人研究蒸汽机的资料，经过认真分析后，发现他们仅仅从蒸汽机的实用性、安全性和燃料的经济性等方面，来判断它的优劣。卡诺认为，这些方面都不是本质的，在蒸汽机的工作过程中，将热能转化为机械能才是最本质的。

因此，提高蒸汽机的效率，应该由此着手。卡诺有过良好的数理训练，并熟悉各种蒸汽机的设计，于是采用一种抽象的数理分析方法，希望设计一种最理想、功率最大的理想热机。

经过 1400 个日日夜夜的苦战，1824 年，卡诺发表了《关于火的动力及产生这种动力的机器的研究》。

在这部著作里，卡诺舍弃了与热机工作过程无关紧要的辅助因素和次要因素，构思设计了“理想蒸汽机”，阐述了他的理想热机理论。

卡诺假设工作物质为理想气体，气体与两个恒温热源（恒定的高温热源和恒定的低温热源）交换能量，即热机没有摩擦、散热、漏气等因素存在，这种热机称为卡诺热机，其循环过程叫卡诺循环。

卡诺指出，只有存在较大温差的两个热源间才能有机械功产生，热机效率与工作物质无关，主要取决于两个热源之间的温差，即锅炉和冷凝器之间的温度差，而与循环过程无关。

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，热的动力则依赖于所用的热素和我们可以称之为

热素的下落速度，即交换热素的物体之间的温度差。”

卡诺的热机理论，实际上已包括了后来总结的热力学第二定律：热只能在从高温热源转向低温热源的过程中作功。

但是，卡诺用错误的热质说的观念去解释他发现的这一定律。他认为热的动力依赖于热质的数量和热质的温度差。热机在运转时，热质的总量是不变的，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。

在不断的探索和研究中，到 1830 年，卡诺接受了热动说，对热能转化为机械能的认识前进了一步。

卡诺在一篇手稿中写道；“动力或能量是自然界中一个不变量。准确地说，它既不能产生，也不能消灭。实际上它只改变形式，也就是说，它有时引起一种运动，有时则引起另一种运动，但决不会消灭。”

卡诺的这一见解，已接近发现热力学第一定律，也就是能量守恒和转化定律。

遗憾的是，这一有价值的见解还没有来得及发表，卡诺就在 1832 年的霍

乱中死去。直到 1878 年，他的遗稿才发表。

卡诺生前，由于当时的蒸汽机专家和热机工程师几乎都是清一色的实干家，不注重理论，从而使卡诺关于提高热机效率的正确途径得不到应有的重视。

由于卡诺已接近于发现热力学第一定律和热力学第二定律，提出了理想热机的热力循环理论，从而奠定了热力学的理论基础。。

卡诺生前，有许多人热衷于永动机的研究，幼想发明一种不使用任何能量就可以永远作功的机器，卡诺的热机理论问世后，彻底证明了永动机是造不出来的。

卡诺死后，法国另一位工程师克拉佩龙在 1834 年重新研究了他的理论，并用压力容积图介绍和推广了卡诺的成果，推动了热机研究的深入。