Nicolas Léonard Sadi Carnot (am 1. Juni 1796 — am 24. August 1832) war ein französischer militärischer Ingenieur, wer, seinen 1824 Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers vorbestellen Sie, hat die erste erfolgreiche theoretische Rechnung von Hitzemotoren gegeben, die jetzt als der Zyklus von Carnot bekannt sind; sein Buch hat auch die Fundamente für das zweite Gesetz der Thermodynamik gelegt. Er wird häufig als der "Vater der Thermodynamik" beschrieben, für solche Konzepte wie Leistungsfähigkeit von Carnot, Lehrsatz von Carnot, der Hitzemotor von Carnot und andere verantwortlich seiend.

Leben

Sadi Carnot ist in Paris geboren gewesen, und war der erste Sohn des bedeutenden militärischen Führers und geometer, Lazare Nicholas Marguerite Carnots. Lazare war der ältere Bruder von Hippolyte Carnot und Onkel von Marie François Sadi Carnot (Präsident der französischen Republik 1887-1894). Sein Vater hat ihn nach dem persischen Dichter Sadi von Shiraz genannt, und er war immer durch diesen dritten Vornamen bekannt.

Vom Alter 16 hat er in Paris gelebt und hat der Polytechnik von École beigewohnt, wo er und seine Zeitgenossen, Claude-Louis Navier und Gaspard-Gustave Coriolis, von solchen bemerkenswerten Professoren als Joseph Louis Gay-Lussac, Siméon Denis Poisson und André-Marie Ampère unterrichtet wurden. Nach der Graduierung ist er ein Offizier in der französischen Armee vor der Begehung von sich zur wissenschaftlichen Forschung geworden; die Forschung von Carnot ist gegangen, um ihn einen der berühmtesten von den Zeitgenossen von Fourier zu machen, die sich für die Theorie der Hitze interessiert haben. Er hat im Militär bis 1814 gedient; im Anschluss an den Misserfolg von Napoleon 1815 ist sein Vater in Exil eingetreten, und er hat später dauerhafte Beurlaubung von der französischen Armee erhalten. Es war während seiner militärischen Erlaubnis, dass er Zeit verbracht hat, um sein Buch Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers zu schreiben.

Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers

Hintergrund

Als Carnot begonnen hat, an seinem Buch zu arbeiten, wurde der Gebrauch von Dampfmaschinen relativ entwickelt; trotz dessen hatte es keine echte wissenschaftliche Studie bezüglich Dampfmaschinen gegeben. Dampfmaschinen hatten sich jedoch zu einer weit anerkannten Wirtschafts- und Industriewichtigkeit erhoben. Newcomen hatte die erste kolbenbediente Dampfmaschine mehr als ein Jahrhundert vorher 1712 erfunden; ungefähr 50 Jahre danach, der James Watt seine berühmten Verbesserungen gebildet hat, die dafür verantwortlich waren, die Leistungsfähigkeit und Nützlichkeit von Motoren außerordentlich zu vergrößern. Zusammengesetzte Motoren (Motoren mit mehr als einer Bühne der Vergrößerung) waren bereits erfunden worden, und es gab sogar eine grobe Form des Verbrennungsmotoren, mit dem Carnot vertraut war, und den er in einem Detail in seinem Buch beschrieben hat. Bedeutende Fortschritte waren bezüglich Motoren gemacht worden, also dort hat zurzeit etwas intuitives Verstehen der Tätigkeit von Motoren bestanden. Trotzdem war die wissenschaftliche Basis ihrer Operation fast nicht existierend. 1824 wurde der Grundsatz der Bewahrung der Energie noch schlecht entwickelt und umstritten, und eine genaue Formulierung des ersten Gesetzes der Thermodynamik war noch mehr als ein Jahrzehnt weg; was ist, mehr ist, dass die mechanische Entsprechung von der Hitze nicht identifiziert worden war und unbekannt seit weiteren zwei Jahrzehnten bleiben würde. Die überwiegende Theorie der Hitze war zurzeit die Wärmetheorie, die Hitze als eine Art schwerelose und unsichtbare Flüssigkeit betrachtet hat, die wenn aus dem Gleichgewicht geflossen ist.

Ingenieure in der Zeit von Carnot, hatten durch Mittel wie hoch unter Druck gesetzter Dampf und der Gebrauch von Flüssigkeiten versucht, um die Leistungsfähigkeit von Motoren zu verbessern. In diesen frühen Stufen der Motorentwicklung, der Leistungsfähigkeit eines typischen Motors — die nützliche Arbeit ist es im Stande gewesen zu tun, als eine gegebene Menge des Brennstoffs verbrannt wurde — war bloße 3 %.

Der Carnot Zyklus

Carnot hat sich bemüht, auf zwei Fragen über die Operation von Hitzemotoren zu antworten: "Ist die Arbeit von einer potenziell unbegrenzten Hitzequelle verfügbar?" und "Kann Motoren heizen, im Prinzip durch das Ersetzen des Dampfs mit einer anderen Arbeitsflüssigkeit oder Benzin verbessert werden?" Er hat versucht, auf diese in einer Biografie, veröffentlicht als eine populäre Arbeit 1824 zu antworten, als er nur 28 Jahre alt war. Es war betitelter Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu ("Nachdenken über die Motiv-Macht des Feuers"). Das Buch war einfach beabsichtigt, um eine ziemlich breite Reihe von Themen über Hitzemotoren auf eine ziemlich populäre Mode zu bedecken; Gleichungen wurden zu einem Minimum behalten und ein wenig mehr verlangt als einfache Algebra und Arithmetik, außer gelegentlich in den Kommentaren, wo er einigen Argumenten nachgehangen hat, die eine Rechnung einschließen. Er hat die Verhältnisverdienste von Luft und Dampf als Arbeitsflüssigkeiten, die Verdienste von verschiedenen Aspekten des Dampfmaschine-Designs besprochen, und hat sogar einige Ideen von seinem eigenen bezüglich möglicher Verbesserungen der praktischen Natur eingeschlossen. Der wichtigste Teil des Buches wurde einer abstrakten Präsentation eines idealisierten Motors gewidmet, der verwendet werden konnte, um die grundsätzlichen Grundsätze zu verstehen und zu klären, die allgemein auf alle Hitzemotoren angewandt, von ihrem Design unabhängig werden.

Vielleicht war der wichtigste Beitrag, den Carnot zur Thermodynamik geleistet hat, seine Abstraktion der wesentlichen Eigenschaften der Dampfmaschine, wie sie an seinem Tag in einen allgemeineren und idealisierten Hitzemotor bekannt waren. Das ist auf ein thermodynamisches Mustersystem hinausgelaufen, auf das genaue Berechnungen gemacht werden konnten, und die Komplikationen vermieden haben, die durch viele der groben Eigenschaften der zeitgenössischen Dampfmaschine eingeführt sind. Indem er den Motor idealisiert hat, konnte er klare und unbestreitbare Antworten auf seine ursprünglichen zwei Fragen erreichen.

Er hat gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit dieses idealisierten Motors eine Funktion nur der zwei Temperaturen der Reservoire ist, zwischen denen es funktioniert. Er hat jedoch die genaue Form der Funktion nicht gegeben, die, wie man später zeigte,  war, wo die absolute Temperatur des heißeren Reservoirs ist. (Bemerken Sie: Diese Gleichung ist wahrscheinlich aus Kelvin gekommen.) Keine Wärmekraftmaschine, die jeden anderen Zyklus bedient, kann in Anbetracht derselben Betriebstemperaturen effizienter sein.

Der Zyklus von Carnot ist der effizientestmögliche Motor, nicht nur weil von der (trivialen) Abwesenheit der Reibung und anderen beiläufigen verschwenderischen Prozesse; der Hauptgrund besteht darin, dass es keine Leitung der Hitze zwischen Teilen des Motors bei verschiedenen Temperaturen annimmt. Carnot hat gewusst, dass die Leitung der Hitze zwischen Körpern bei verschiedenen Temperaturen ein verschwenderischer und irreversibler Prozess ist, der beseitigt werden muss, wenn der Hitzemotor maximale Leistungsfähigkeit erreichen soll.

Bezüglich des zweiten Punkts war er auch ganz sicher, dass die maximale erreichbare Leistungsfähigkeit von der genauen Natur der Arbeitsflüssigkeit nicht abgehangen hat. Er hat das für die Betonung als ein allgemeiner Vorschlag festgesetzt: "Die Motiv-Macht der Hitze ist der Agenten unabhängig, die angestellt sind, um es zu begreifen; seine Menge wird allein durch die Temperaturen der Körper befestigt, zwischen denen die Übertragung von kalorischen stattfindet." Für seine "Motiv-Macht der Hitze" würden wir heute "die Leistungsfähigkeit eines umkehrbaren Hitzemotors," und aber nicht "Übertragung von kalorischen" sagen, würden wir "die umkehrbare Übertragung der Hitze sagen." Er hat intuitiv gewusst, dass sein Motor die maximale Leistungsfähigkeit haben würde, aber unfähig war festzusetzen, wie diese Leistungsfähigkeit sein würde.

Er hat aufgehört:

und

Das zweite Gesetz der Thermodynamik

Im idealisierten Modell von Carnot konnte die in die Arbeit umgewandelte Wärmehitze durch das Umkehren der Bewegung des Zyklus, ein als thermodynamische Umkehrbarkeit nachher bekanntes Konzept wieder eingesetzt werden. Dennoch hat Carnot weiter verlangt, dass einige kalorisch verloren werden und in die mechanische Arbeit nicht umgewandelt werden. Folglich konnte kein echter Hitzemotor die Zyklus-Umkehrbarkeit von Carnot begreifen, und würde folglich weniger effizient sein.

Obwohl formuliert, in Bezug auf den kalorischen, aber nicht Wärmegewicht war das eine frühe Interpretation des zweiten Gesetzes der Thermodynamik.

Empfang und späteres Leben

Das Buch von Carnot hat sehr wenig Aufmerksamkeit von seinen Zeitgenossen erhalten. Die einzige Verweisung darauf innerhalb von ein paar Jahren nach seiner Veröffentlichung war in einer Rezension in der periodischen Revue Encyclopédique, der eine Zeitschrift war, die eine breite Reihe von Themen in der Literatur bedeckt hat. Der Einfluss der Arbeit war nur offenbar geworden, sobald es von Émile Clapeyron 1834 modernisiert wurde und dann weiter durch Clausius und Kelvin ausführlich behandelt hat, der darauf zusammen das Konzept des Wärmegewichtes und das zweite Gesetz der Thermodynamik zurückzuführen gewesen ist.

Tod

Carnot ist während einer Cholera-Epidemie 1832, im Alter von nur 36 gestorben. Wegen der ansteckenden Natur der Cholera wurden viele Besitz und Schriften von Carnot zusammen mit ihm nach seinem Tod begraben. Als Folge hat nur eine Hand voll seine wissenschaftlichen Schriften überlebt.

Nach der Veröffentlichung des Nachdenkens über die Motiv-Macht des Feuers ist das Buch schnell vergriffen gegangen und war für einige Zeit sehr schwierig vorzuherrschen. Kelvin, für einen, hat im Bekommen einer Kopie des Buches von Carnot harte Zeiten gehabt. 1890 wurde eine englische Übersetzung das Buch von R. H. Thurston veröffentlicht; diese Version ist in letzten Jahrzehnten durch Dover und von Peter Smith am meisten kürzlich durch Dover 2005 nachgedruckt worden. Einige von den postumen Manuskripten von Carnot sind auch ins Englisch übersetzt worden.

Carnot hat sein Buch auf dem Höhepunkt von Dampfmaschinen veröffentlicht. Seine Theorie hat erklärt, warum Dampfmaschinen mit dem überhitzten Dampf wegen der höheren Temperatur des folgenden heißen Reservoirs besser waren. Die Theorien und Anstrengungen von Carnot haben nicht sofort geholfen, die Leistungsfähigkeit von Dampfmaschinen zu verbessern; seine Theorien haben nur geholfen zu erklären, warum eine vorhandene Praxis als andere höher war. Es war nur zum Ende des neunzehnten Jahrhunderts, dass die Ideen von Carnot, nämlich dass ein Hitzemotor effizienter gemacht werden kann, wenn die Temperatur seines heißen Reservoirs vergrößert wird, in die Praxis umgesetzt wurden. Das Buch von Carnot hatte wirklich jedoch schließlich einen echten Einfluss auf das Design von praktischen Motoren. Rudolf Diesel, zum Beispiel, wer durch die Theorien von Carnot fasziniert wurde, hat fortgesetzt, den Dieselmotor zu entwerfen, in dem die Temperatur des heißen Reservoirs viel höher ist als diese einer Dampfmaschine, auf einen Motor hinauslaufend, der effizienter ist.

Siehe auch

• Geschichte des inneren Verbrennungsmotors

Der Text des Teils einer früheren Version dieses Artikels wurde von der öffentlichen Bereichsquelle Eine Kurze Rechnung der Geschichte der Mathematik von W. W. Rouse Ball (4. Ausgabe, 1908) genommen

• John Birkinbine und W.M. Wahl, "Der Dieselmotor", Zeitschrift des Instituts von Franklin, vol. 152, Nr. 5 (November 1901), Seiten 371-382.
• Der Dieselmotor", Zeitschrift des Instituts von Franklin, November 1901

Außenverbindungen

• Nachdenken über die Motiv-Macht der Hitze, englischen Übersetzung von R.H. Thurston
• Nachdenken über die Motiv-Macht der Hitze, englischen Übersetzung von R.H. Thurston (am Internetarchiv)
• "Sadi Carnot und das Zweite Gesetz der Thermodynamik", J. Srinivasan, Klangfülle, November 2001, 42 (PDF Datei)