Карно, Сади Никола Леонар

(1796-1832) французский физик и военный инженер, один из создателей термодинамики

Сади Никола Леонар Карно родился 1 июня 1796 года в Париже в семье крупного ученого, выдающегося политического деятеля и талантливого военачальника. Его отец Лазар Карно уже в ранние годы проявил способности к математике.

Он закончил Мезьерскую школу военных инженеров и через 10 лет был произведен в капитаны. Лазар Карно очень много занимался научными исследованиями: в 1784 году он написал об управляемых аэростатах и их применении в военном деле, тогда же вышла его работа «Опыт о машинах вообще» без указания имени автора. Впоследствии она была переработана и издана вторично в 1786 году с указанием его имени.

С началом революции во Франции отец Сади активно включается в общественное движение и становится одним из виднейших деятелей Французской революции. Его избирают депутатом Законодательного собрания, а потом Конвента и Комитета общественного спасения. В 1796 году, в год рождения старшего сына Сади, Лазар Карно был избран членом Парижской Академии наук. При Наполеоне он не раз занимал министерские посты и был возведен в графы.

Годы детства и юности Сади Карно и его брата Ипполита совпали с бурным революционным периодом Франции.

Влияние отца на сыновей было огромным. Даже в самые трудные для республики дни Лазар Карно много времени уделял воспитанию детей: развивал в них интерес к математике и философии, занимался с ними плаванием и фехтованием. Сади глубоко чтил своего отца и был всю жизнь благодарен ему за знания и умения, переданные детям.

Начальное образование Сади Карно получил под руководством отца, а также посещая лицей Карла Великого. Он был очень способным учеником, и поэтому обучение шло легко. От отца Сади унаследовал способности к математике и физике, любовь к языкам и поэзии. Мальчик был также очень музыкальным, унаследовав это от матери. После окончания лицея Сади поступил в Политехническую школу, готовившую специалистов для инженерной работы. Это было лучшее заведение Франции того времени с трехлетним сроком обучения. В нем проходил конкурсный отбор учащихся и выплачивалась стипендия.

Лучшие выпускники школы получали возможность заниматься теоретическими исследованиями в области точных наук.

В октябре 1814 года Сади окончил Политехническую школу и был направлен в Мец для продолжения образования. В 1816 году он заканчивает обучение в Меце, получив звание лейтенанта, и приступает к службе в инженерном полку. К этому времени Наполеон был разгромлен и сослан на остров Святой Елены, Лазар Карно был осужден, и перспективы военной карьеры Сади были сомнительными. В инженерном полку обязанностью Карно было обследование гарнизонов и укреплений, составление смет, планов и отчетов. Но результаты его деятельности были преданы забвению из-за царившего в армии бюрократизма. В связи с репрессиями в отношении отца дальнейшее продвижение по службе для него было практически невозможным. Кроме того, застой и скука гарнизонной службы, отсутствие условий для самообразования и возможностей для приложения своих знаний приводили его в отчаяние. Спустя три года, в 1819 году, Сади Карно успешно сдал конкурсный экзамен и с чином поручика был зачислен в Главный штаб Инженерного корпуса, находящийся в Париже.

Переехав в Париж, он поселяется в доме отца и занимается в основном наукой, изучая научные публикации в области физики.

С большим интересом он вникает в сущность технологических процессов и начинает заниматься теоретическими исследованиями в области паровых машин. В свободное от службы время С. Карно посещает лекции в Сорбонне, Коллеж де Франс, Консерватории искусств и ремесел, а также библиотеки и музеи.

12 июня 1824 года был издан главный труд двадцативосьмилетнего военного инженера «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу». Эта работа, официально представленная Академии наук, получила благожелательную рецензию, в которой отмечалась возможность практического использования двигателей, теоретически рассмотренных С. Карно. В ней автор, исходя из невозможности создания вечного двигателя, впервые высказал мысль, что причиной преобразования теплоты в работу тепловой машины является разница температур нагревателя и холодильника, причем природа рабочего тела не играет никакой роли. Таким образом, полезную работу можно получить только в случае, когда тепло переходит от нагретого тела к более холодному.

Важнейшие результаты работы С. Карно не произвели должного впечатления в ученом мире. Необычность логических построений ученого вызывала недоверие. Только в 1834 году благодаря Б. Клапейрону, который придал идеям Карно доступную математическую форму, этот труд получил широкую известность. Это сочинение явилось началом термодинамики.

Заслуга Сади Карно состоит в том, что он ввел понятие кругового и обратимого процессов, идеального цикла тепловых машин, заложил основы их теории. Ученый показал преимущество применения в паровых машинах пара высокого давления и его многократного расширения, сформулировал принцип работы газовых тепловых машин. С. Карно дал значение механического эквивалента теплоты. По его расчетам, оно равно 370 кГм на 1 ккал, и незначительно отличается от принятого в настоящее время числа 427 кГм/ккал, что примерно равно 4189 Дж/ккал. Таким образом, Карно первым из ученых в своих заметках сформулировал один из фундаментальных законов природы — закон сохранения и превращения энергии, получивший в термодинамике название ее первого начала.

В период революции 1830 года Сади Карно входил в Политехнический союз, объединявший выпускников Политехнической школы. Целью этого союза было проведение совместных исследований для поддержания экономики молодой республики. В это же время С. Карно вступил в Политехническую ассоциацию, созданную с целью распространения научных знаний среди народных масс. Его исследования в эти годы посвящены вопросам природы теплоты и поиску соотношения между теплотой и работой. Занимаясь исследованиями паров и газов, Карно пытался найти вид уравнения, связывающего температуру и давление, но эти исследования остались незавершенными. Часть его заметок была опубликована спустя 54 года после его смерти.

Сади Никола Леонар Карно умер в возрасте тридцати шести лет 24 августа 1832 года в Париже от эпидемии холеры. В соответствии с существовавшим положением все его личные вещи, включая и черновики с результатами научных исследований последних лет, были уничтожены. 27 августа на первой странице официальной парижской газеты «Монитер» появилось сообщение о смерти С. Карно, была дана краткая биографическая справка и помещена рецензия на его исследования, которые характеризовались как «замечательные».

Из научного наследия С. Карно сохранилось немногое. Случайно осталась неуничтоженной его записная книжка, переданная после смерти Карно брату ученого. Он хранил ее как реликвию в своей библиотеке и в 1878 году передал Парижской Академии наук. Слава, которой Сади Карно был лишен при жизни, росла по мере развития и становления термодинамики.