Σύνοψη

Ο Nicolas Léonard Sadi Carnot ήταν Γάλλος φυσικός και μηχανικός, γεννήθηκε την 1η Ιουνίου 1796 στο Παρίσι και πέθανε στις 24 Αυγούστου 1832 στο Ivry-sur-Seine ή στο Παρίσι.

Κατά τη διάρκεια της σύντομης καριέρας του (πέθανε από χολέρα σε ηλικία 36 ετών), ο Sadi Carnot δημοσίευσε μόνο ένα βιβλίο (όπως ο Κοπέρνικος): Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, το 1824, στο οποίο εξέφρασε, σε ηλικία 27 ετών, αυτό που αποδείχθηκε το έργο της ζωής του και ένα σημαντικό βιβλίο στην ιστορία της φυσικής.

Στο έργο αυτό έθεσε τα θεμέλια ενός εντελώς νέου επιστημονικού κλάδου, της θερμοδυναμικής. Εκείνη την εποχή, ο όρος δεν υπήρχε- ήταν ο William Thomson που τον εφηύρε στα μέσα του 19ου αιώνα. Ωστόσο, ο Σάντι Καρνό, παρά την ανακρίβεια ορισμένων από τις έννοιές του (αποδοχή της θεωρίας της θερμότητας και του αξιώματος της διατήρησης της θερμότητας), ήταν αυτός που ανακάλυψε αυτή την επιστήμη που ήταν τόσο θεμελιώδης από θεωρητική άποψη όσο και γόνιμη από άποψη πρακτικών εφαρμογών.

Ο Σάντι Καρνό διατύπωσε την αιτιολογημένη περιγραφή της θερμικής μηχανής και τις βασικές αρχές σύμφωνα με τις οποίες σχεδιάζεται σήμερα κάθε μονάδα παραγωγής ενέργειας, εκρηκτικός ή αεριωθούμενος κινητήρας. Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι αυτή η γένεση έλαβε χώρα όταν κανένας προκάτοχός της δεν είχε ακόμη καθορίσει τη φύση και το πεδίο εφαρμογής του θέματος. Βασισμένη σε καθαρά τεχνικές ανησυχίες, όπως η βελτίωση της απόδοσης της ατμομηχανής, η πνευματική πορεία του Sadi Carnot είναι πρωτότυπη και προμηνύει σημαντικές εξελίξεις που έλαβαν χώρα σε αυτή την κομβική για τη σύγχρονη επιστήμη εποχή.

Ο μεγαλύτερος γιος του Lazare Carnot (1753-1823), γνωστού ως "ο Μεγάλος Carnot" ή "ο οργανωτής της Νίκης", ο Sadi Carnot γεννήθηκε στο Παρίσι, στο παλάτι Petit-Luxembourg, όπου ο πατέρας του, ένας από τους πέντε εκτελεστικούς διευθυντές της Δημοκρατίας, είχε τα επίσημα διαμερίσματά του. Το μικρό του όνομα προέρχεται από το όνομα του Πέρση ποιητή Σααντί του Σιράζ, τον οποίο θαύμαζε πολύ ο πατέρας του.

Την εποχή της γέννησης του Sadi, ο Lazare Carnot βρισκόταν στο απόγειο της καριέρας του. Μαθηματικός και μηχανικός, μαθητής του Gaspard Monge και συγγραφέας ενός δοκιμίου για τις μηχανές γενικά (1783), ο Lazare Carnot ήταν επίσης στρατιώτης, ηγέτης και επαναστάτης. Εξελέγη στη Συντακτική Συνέλευση του 1789 και στη συνέχεια στη Συνέλευση και ψήφισε υπέρ του θανάτου του βασιλιά Λουδοβίκου ΙΣΤ'. Κατά τη διάρκεια των πολέμων της Γαλλικής Επανάστασης, στο πλαίσιο της Επιτροπής Δημόσιας Ασφάλειας, απέκτησε το παρατσούκλι "οργανωτής της Νίκης". Αφού έγινε μέλος του Διευθυντηρίου, διετέλεσε υπουργός Πολέμου του Ναπολέοντα Βοναπάρτη για έξι μήνες το 1800 και στη συνέχεια υπουργός Εσωτερικών κατά τη διάρκεια των Εκατό Ημερών του 1815. Τον Οκτώβριο του ίδιου έτους, μετά την ήττα του Ναπολέοντα, εξορίστηκε ως βασιλοκτόνος. Έζησε στο Βέλγιο, στη συνέχεια στην Πολωνία και στη Γερμανία, όπου πέθανε, χωρίς να επιστρέψει ποτέ στη Γαλλία.

Η μητέρα του, Sophie Dupont (1764-1813), καταγόταν από πλούσια οικογένεια του Saint-Omer.

Ο Sadi Carnot είχε έναν μικρότερο αδελφό, τον Hippolyte Carnot (1801-1888), ο οποίος έκανε πολιτική καριέρα: βουλευτής από το 1839 έως το 1848, υπουργός Παιδείας το 1848, αρνήθηκε να υποστηρίξει τη Δεύτερη Αυτοκρατορία και έγινε ξανά βουλευτής κατά την Τρίτη Δημοκρατία, στη συνέχεια εξελέγη στη Γερουσία το 1875 και μέλος της Ακαδημίας ηθικών και πολιτικών επιστημών το 1887. Ο Sadi Carnot ήταν ο θείος της Marie François Sadi Carnot (κοινώς γνωστή και ως Sadi Carnot), που εξελέγη πρόεδρος της Γαλλικής Δημοκρατίας το 1887 και δολοφονήθηκε το 1894 από τον αναρχικό Sante Geronimo Caserio.

Δεν παντρεύτηκε ποτέ και δεν είχε απογόνους.

Πρώιμα χρόνια

Μετά το πραξικόπημα της 4ης Σεπτεμβρίου 1797, ο Lazare Carnot αναγκάστηκε να εγκαταλείψει τη Γαλλία, μια κατάσταση που διήρκεσε μέχρι τον Ιανουάριο του 1800, όταν του δόθηκε χάρη από τον Βοναπάρτη- κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο Sadi Carnot ζούσε με τη μητέρα του στο οικογενειακό σπίτι στο Saint-Omer. Τον Αύγουστο του 1807, ο Lazare Carnot, που επέστρεψε στην ιδιωτική ζωή μετά την κατάργηση του Tribunate, αποφασίζει να φροντίσει για την εκπαίδευση των δύο γιων του, διδάσκοντάς τους μαθηματικά, επιστήμες, γλώσσες και μουσική.

Το 1811, ο Sadi Carnot μπήκε στο Lycée Charlemagne, στην προπαρασκευαστική τάξη του Pierre-Louis Marie Bourdon, για να προετοιμαστεί για τις εξετάσεις για την École Polytechnique. Έχοντας συμπληρώσει το ελάχιστο όριο ηλικίας των 16 ετών την 1η Ιουνίου 1812, ο Sadi Carnot μπόρεσε να συμμετάσχει στις διαγωνιστικές εξετάσεις τον επόμενο Αύγουστο, όπου έγινε δεκτός 24ος από 179 και εντάχθηκε στη δεύτερη μεραρχία στις 2 Νοεμβρίου.

Πολυτεχνίτης

Το 1812-1813, τα μαθήματα λειτούργησαν κανονικά, παρά τα πλήγματα που υπέστησαν οι αυτοκρατορικοί στρατοί. Δάσκαλοί του ήταν ο Reynaud για την ανάλυση, ο Poisson για τη μηχανική, ο Hachette για την περιγραφική γεωμετρία, ο Louis Jacques Thénard για τη γενική και εφαρμοσμένη χημεία, ο Jean-Henri Hassenfratz για τη φυσική και ο François Arago για τον απειροστικό λογισμό και τη θεωρία μηχανών. Κατά τη διάρκεια αυτού του πρώτου έτους, διδάχθηκε επίσης από άνδρες όπως ο Alexis Petit για τη φυσική και ο Pierre Louis Dulong για τη χημεία, το έργο των οποίων χρησιμοποίησε αργότερα. Φαίνεται μάλιστα ότι σκέφτηκαν να τον μεταθέσουν αμέσως στο τμήμα πυροβολικού της Σχολής του Μετς τον Οκτώβριο του 1813, αλλά τελικά τον θεώρησαν πολύ μικρό.

Το δεύτερο έτος θα αποδεικνυόταν λιγότερο καρποφόρο από άποψη διδασκαλίας. Στα τέλη Ιανουαρίου 1814, η ενσωμάτωση των μαθητών σε τρεις λόχους του σώματος πυροβολικού της Εθνοφρουράς διέκοψε σταδιακά την πρόοδο της διδασκαλίας. Στις 29 και 30 Μαρτίου 1814, ο Sadi Carnot, ο οποίος ήταν ένας από τους έξι δεκανείς του λόχου, πολέμησε με το πολυτεχνικό τάγμα και δέχθηκε πυρά σε μια ακίνδυνη αψιμαχία κατά την άμυνα του οχυρού της Vincennes εναντίον των συμμάχων- αυτή ήταν μάλλον η μοναδική του εμπειρία μάχης. Τα μαθήματα συνεχίστηκαν στις 18 Απριλίου, αλλά ο Sadi δεν επέστρεψε μέχρι τις 12 Μαΐου. Στις 12 Οκτωβρίου 1814, κηρύχθηκε επιλέξιμος για τις δημόσιες υπηρεσίες, 10ος στον γενικό κατάλογο των 65 μαθητών που παρέμεναν στην τάξη του. Κατέλαβε την 5η θέση στον ειδικό κατάλογο των δέκα σπουδαστών που εισήχθησαν στη στρατιωτική μηχανική ως ανθυπολοχαγοί στην École d'application de l'artillerie et du génie στο Metz. Αυτό σηματοδότησε το τέλος μιας σημαντικής περιόδου της εκπαίδευσής του, στην οποία αναφέρθηκε όταν δημοσίευσε τις "Réflexions" υπογράφοντας το έργο του "Sadi Carnot, πρώην μαθητής της Ecole Polytechnique".

Σχολή Metz

Ο Sadi Carnot έλαβε το brevet του ως δόκιμος μηχανικός την 1η Οκτωβρίου 1814 και εισήλθε στην École de Metz τις τελευταίες ημέρες του 1814 μετά από μια περίοδο χαλάρωσης. Σε αυτή τη διάσημη σχολή εφαρμογών, κληρονόμο της Βασιλικής Πολυτεχνικής Σχολής του Mézières, παρακολούθησε τα μαθήματα εφαρμοσμένων μαθηματικών και φυσικής του François-Marie Dubuat και του Jacques Frédéric Français, τα μαθήματα χημείας εφαρμοσμένης στις στρατιωτικές τέχνες και πυροτεχνίας του Chevreuse. Η αναγόρευσή του σε ανθυπολοχαγό στο 2ο σύνταγμα σαπιοποιών, που σηματοδοτεί την αποφοίτησή του από τη σχολή και την πραγματική είσοδό του στη στρατιωτική καριέρα, χρονολογείται στις 2 Απριλίου 1817. Σύμφωνα με την παράδοση, του χορηγήθηκε αμέσως τρίμηνη άδεια απουσίας, την οποία παρέτεινε μέχρι τις 15 Οκτωβρίου 1817, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας πέρασε πιθανότατα στην οικογενειακή εστία στο Nolay με τον θείο του, αντιστράτηγο Carnot de Feulins.

Πρώτες αναθέσεις

Με την έλευση της ειρήνης το 1815, αναγκάστηκε να ενταχθεί στη ρουτίνα της φρουράς, με λίγες προοπτικές. Ως γιος ενός εξόριστου δημοκρατικού ηγέτη, θεωρούνταν επικίνδυνος, οπότε ο τόπος απόσπασής του ήταν μακριά από το Παρίσι.

Ο Sadi Carnot μεταφερόταν τακτικά, επιθεωρώντας τις οχυρώσεις, συντάσσοντας σχέδια και γράφοντας πολυάριθμες εκθέσεις. Αλλά οι συστάσεις του προφανώς αγνοήθηκαν- η καριέρα του έμεινε στάσιμη.

Το διάταγμα της 6ης Μαΐου 1818 θέσπισε ένα βασιλικό επιτελικό σώμα και μια σχολή εκπαίδευσης για το γενικό επιτελείο του στρατού. Στις 15 Σεπτεμβρίου 1818 ο Σάντι Καρνό έλαβε εξάμηνη άδεια απουσίας για να προετοιμαστεί για τις εισαγωγικές εξετάσεις στο Παρίσι.

Εγκατάσταση στο Παρίσι

Με διαταγή της 20ής Ιανουαρίου 1819, έγινε δεκτός στο γενικό επιτελείο του Παρισιού με το βαθμό του υπολοχαγού και τέθηκε σε άδεια, λαμβάνοντας τα δύο τρίτα του ακαθάριστου μισθού του ως επιστημονικός εργάτης. Ζώντας δίπλα στον θείο του Joseph σε ένα μικρό διαμέρισμα στη συνοικία Marais, το οποίο κατείχε μέχρι τα μέσα του 1831, ο Sadi Carnot παρακολούθησε μαθήματα στη Σορβόννη και στο Collège de France, αλλά όχι στην École des Mines, για την οποία χρειαζόταν άδεια από την ανώτερη διοίκηση, την οποία δεν ζήτησε ποτέ, και όπου θα μπορούσε να γνωρίσει τον νεαρό Emile Clapeyron. Ήταν μαθητής στο Conservatoire National des Arts et Métiers, όπου ο Clément-Desormes δίδασκε μαθήματα χημείας εφαρμοσμένης στις τέχνες και ο Jean-Baptiste Say μαθήματα βιομηχανικής οικονομίας. Συχνά επισκεπτόταν επίσης το Jardin des plantes και τη Βασιλική Βιβλιοθήκη, αλλά και το Μουσείο του Λούβρου και το Ιταλικό Θέατρο στο Παρίσι. Ο Sadi Carnot ενδιαφέρεται για τα βιομηχανικά προβλήματα, επισκέπτεται εργαστήρια και εργοστάσια, μελετά τη θεωρία των αερίων και τις τελευταίες θεωρίες της πολιτικής οικονομίας. Άφησε λεπτομερείς προτάσεις για τρέχοντα προβλήματα, όπως οι φόροι, αλλά τα μαθηματικά και οι τέχνες τον γοήτευαν.

Τα μέλη του κύκλου που σύχναζε ήταν ριζοσπάστες και δημοκρατικοί, και οι στενότεροι φίλοι του ήταν ο Nicholas Clément και ο Charles Desormes, άνθρωποι της επιστήμης και βιομηχανικοί χημικοί, εκδότες ενός "Mémoire sur la théorie des machines à feu" και οι μόνοι φυσικοί με τους οποίους ήρθε πραγματικά σε επαφή πριν από τη συγγραφή των Réflexions.

Το καλοκαίρι του 1820 ο Sadi είδε ξανά τον αδελφό του Hippolyte, ο οποίος είχε έρθει για να περάσει λίγες μέρες στη Γαλλία και ζούσε με τον πατέρα του. Στις 23 Ιουνίου 1821 το Υπουργείο Πολέμου του χορήγησε άδεια άνευ αποδοχών για να μπορέσει να επισκεφθεί τον εξόριστο πατέρα του στο Μαγδεμβούργο. Εκεί ο ίδιος και ο πατέρας του άρχισαν να ενδιαφέρονται για τις ατμομηχανές, καθώς η πρώτη είχε κατασκευαστεί στο Μαγδεμβούργο τρία χρόνια νωρίτερα. Επιστρέφοντας στο Παρίσι, άρχισε να σκέφτεται αυτό που έγινε γνωστό ως θερμοδυναμική. Τα πρώτα σημαντικά έργα του χρονολογούνται από το 1822-1823. Όταν ο πατέρας του πέθανε τον Αύγουστο του 1823, ο αδελφός του Ιππόλυτος επέστρεψε στο Παρίσι και τον βοήθησε με τα γραπτά του "για να διασφαλίσει ότι θα γίνουν κατανοητά από ανθρώπους αφοσιωμένους σε άλλες σπουδές". Μετά την αποφυλάκισή του, ο Sadi έμεινε μακριά από τα πολιτικά ρεύματα που προσέλκυαν τη φιλελεύθερη νεολαία, ούτε φάνηκε να τον ελκύουν οργανωμένες επιστημονικές ομάδες όπως η Société philomathique de Paris, τα μέλη της οποίας φιλοδοξούσαν να ενταχθούν στην Académie des Sciences. Συμμετείχε, ωστόσο, σε μια συνάντηση Πολυτεχνείου-Βιομηχανικών, όπου φαίνεται ότι έκανε μια παρουσίαση σχετικά με έναν τύπο για την αναπαράσταση της κινητήριας δύναμης του ατμού.

Τέλος διαθεσιμότητας

Τον Οκτώβριο του 1824, ο υπολοχαγός του επιτελείου ξύπνησε ως Sadi, ο οποίος εκτελούσε τοπογραφικές εργασίες στο δρόμο από το Coulommiers στο Couilly-Pont-aux-Dames. Το 1825 έκανε παρόμοιο έργο στο δρόμο από τη Villeparisis προς το πορθμείο στο Gournay-sur-Marne. Στις 10 Δεκεμβρίου 1826 υπογράφηκε το διάταγμα για την οργάνωση του βασιλικού επιτελείου και στις 31 Δεκεμβρίου ο Sadi αποσπάστηκε στο 7ο σύνταγμα πεζικού που φρουρούνταν στη Thionville. "Ασχολούμενος με θέματα ενδιαφέροντος που δεν μπορούσα να εγκαταλείψω ξαφνικά χωρίς πολύ σημαντικές απώλειες για μένα", ο Sadi έλαβε τρίμηνη άδεια απουσίας με μισές αποδοχές. Στις 6 Μαρτίου 1827 επανέλαβε το αίτημά του, επισημαίνοντας την έλλειψη καταλληλότητας για υπηρεσία στο πεζικό και πέτυχε την επαναπρόσληψή του στους μηχανικούς από τις 25 Μαρτίου 1827 και τη συνέχιση της άδειάς του, αυτή τη φορά χωρίς αποδοχές, μέχρι τις 15 Σεπτεμβρίου 1827. Μετά από μια αναδιοργάνωση του προσωπικού, στάλθηκε στην Auxonne, ένα πρώην προπύργιο στην Côte d'Or. Στις 27 Σεπτεμβρίου 1827 προήχθη στο βαθμό του δεύτερου λοχαγού των μηχανικών.

Παραίτηση

Στις 21 Απριλίου 1828, ο Sadi προσφέρει την παραίτησή του από το στρατό "για τη διαχείριση των προσωπικών μου υποθέσεων και ιδιαίτερα για τη φροντίδα που πρέπει να δοθεί σε μια δίκη στην οποία ενδιαφέρομαι, απέχω πολύ από το να δω το τέλος, βλέποντας ότι η θέση μου δεν με θέτει σε κατάσταση να εκτελέσω τα καθήκοντά μου σήμερα χωρίς να διακυβεύσω ό,τι κατέχω". Στις 19 Μαΐου 1828 το Υπουργείο Πολέμου έκανε δεκτή την παραίτησή του: από τότε που εγκατέλειψε τη Σχολή του Μετς, ο Sadi Carnot είχε μόλις συμπληρώσει δεκαπέντε μήνες ενεργού στρατιωτικής υπηρεσίας, συμπεριλαμβανομένων των τοπογραφικών ερευνών. Όσον αφορά τη δίκη στην οποία φαίνεται να συμμετείχε, είναι δύσκολο να μάθουμε περισσότερα, παρόλο που το βιβλίο διευθύνσεών του αναφέρει το όνομα του Giraudeau, ο οποίος είχε δικηγορικό γραφείο στην οδό Sainte-Anne. Παρόλο που δεν είχε αποκτήσει την ιδιότητα του demi-solde, ο Sadi μπορούσε πλέον να επιστρέψει στο Παρίσι και να αφοσιωθεί σε μια ζωή μελέτης και προσωπικής έρευνας.

Ο νονός του Sadi, ο παππούς του Dupont από τη μητέρα του, του είχε αφήσει σχεδόν ένα εκατομμύριο χρυσά φράγκα όταν πέθανε το 1807, από τα οποία ο Lazare Carnot είχε λάβει το ένα τρίτο. Το μερίδιο της κληρονομιάς του Sadi του επέτρεψε να ζήσει την ήσυχη ζωή ενός μέτριου συνταξιούχου, αλλά αυτή η ζωή χωρίς θέρμη και δυναμισμό έγινε αναμφίβολα αναγκαία λόγω της κακής υγείας του. Όταν ρωτήθηκε για το επάγγελμά του από τον βιβλιοθηκάριο Ambroise Fourcy για το έργο του Histoire de l'École polytechnique, ο Sadi Carnot δήλωσε ότι είναι "κατασκευαστής ατμομηχανών". Ωστόσο, το όνομά του δεν εμφανίζεται σε κανέναν κατάλογο κατασκευαστών, όπως αυτός που δημοσιεύεται κάθε χρόνο στο Almanach Bottin. Είχε την πρόθεση να ασχοληθεί με αυτό το επάγγελμα, έπαιζε το ρόλο του συμβούλου μηχανικού, δάνειζε χρήματα σε έναν κατασκευαστή ή ήταν απλώς ένα αστείο; Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ο Sadi Carnot δεν κατέθεσε ποτέ διπλώματα ευρεσιτεχνίας και ότι δεν κατείχε έδρα ή θέση εξέτασης στην École centrale des arts et manufactures που δημιουργήθηκε το 1829 και ήταν υπεύθυνη για την εκπαίδευση μηχανικών για την ιδιωτική βιομηχανία. Στις 17 Αυγούστου 1830, δημιουργήθηκε ο Πολυτεχνικός Σύλλογος, ο οποίος συγκέντρωσε πρώην μαθητές της σχολής και στον οποίο εντάχθηκε αμέσως ο Sadi Carnot.

Το διάταγμα της 10ης Φεβρουαρίου 1831 προέβλεπε τη δημιουργία ενός λόχου πυροβολητών σε κάθε διαμέρισμα και "μετά από κάποιες μικροενοχλήσεις, οι οποίες μερικές φορές ήταν πολύ ασήμαντες" ο Sadi έγινε δεκτός στον 8ο λόχο πυροβολικού με το βαθμό του υπαξιωματικού ή το πολύ δεκανέα.

Τον Αύγουστο του 1831, η δημοσίευση δύο απομνημονευμάτων του Pierre Louis Dulong τον ώθησε να συνεχίσει το έργο του σχετικά με τις φυσικές ιδιότητες των αερίων. Την ίδια χρονιά, υπέστη κρίση οστρακιάς και αρρώστησε σοβαρά, με κρίσεις παραληρήματος για ένα διάστημα. Τον Απρίλιο του 1832, η Revue Encyclopédique αναφέρθηκε στο έργο του βαρόνου Blein σε ένα άρθρο με την υπογραφή S.C., πιθανότατα Sadi Carnot. Το πορτραίτο που ο καλλιτέχνης Despoix ζωγράφισε τον Sadi εκείνη την εποχή δείχνει το πρόσωπο ενός κουρασμένου ανθρώπου, με ανήσυχο βλέμμα, του οποίου η ψυχική ισορροπία δεν φαίνεται πλέον εξασφαλισμένη.

Η κατάσταση της υγείας του τον εμπόδισε να παραστεί στη συνεδρίαση του Πολυτεχνικού Συλλόγου στις 20 Ιουνίου 1832 και ο Hippolyte σημειώνει στο βιβλιογραφικό του σημείωμα ότι "η υπερβολική εφαρμογή στην οποία επιδόθηκε τον έκανε να αρρωστήσει προς το τέλος Ιουνίου 1832". Στις 3 Αυγούστου εισήχθη στο γηροκομείο του αλλοδαπού γιατρού Jean-Étienne Esquirol, που βρισκόταν στην οδό rue de Seine 7 (σήμερα rue Lénine), όπου ο τελευταίος διέγνωσε μανία, δηλαδή γενικευμένο παραλήρημα με διέγερση. Λίγο αργότερα, το μητρώο του γηροκομείου του Ivry αναφέρει ότι "θεραπεύτηκε από τη μανία του, πέθανε στις 24 Αυγούστου 1832 από χολέρα". Ο θάνατος δηλώθηκε την ίδια ημέρα στο δημαρχείο του Ivry από τον ταμία του γηροκομείου, προφανώς με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφευχθεί κάθε αναφορά σε αυτόν, σαν να είχε λάβει οδηγίες από τον Hippolyte. Ο Ιππολύτης έπρεπε επίσης να δηλώσει τον θάνατο στο δημαρχείο του 12ου διαμερίσματος. Η πολιτική κηδεία τελέστηκε σε συνθήκες σχεδόν ανωνυμίας. Ενταφιάστηκε στο αρχαίο νεκροταφείο του Ivry-sur-Seine. Μετά το θάνατό του, τα προσωπικά του αντικείμενα (συμπεριλαμβανομένων των αρχείων του) κάηκαν για να αποφευχθεί η εξάπλωση της ασθένειας.

Τεχνικό-επιστημονικό πλαίσιο

Για να κατανοήσουμε το βιβλίο του Sadi Carnot και να εκτιμήσουμε την πρωτοτυπία του έργου, είναι απαραίτητο να προσδιορίσουμε την κατάσταση της επιστήμης και της τεχνολογίας στον υπό εξέταση τομέα κατά τη δεύτερη δεκαετία του 19ου αιώνα.

Όταν ο νεαρός Sadi Carnot εισήλθε στην École Polytechnique, η μόνη καθιερωμένη επιστήμη, βασισμένη στα μαθηματικά, ήταν η μηχανική. Η χημεία, ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός και η θερμότητα σημείωναν ραγδαία πρόοδο, αλλά δεν είχαν φτάσει στο στάδιο της μαθηματικής αφαίρεσης.

Η επιστήμη της θερμότητας κατέστη δυνατή με την εφεύρεση του θερμομέτρου τον 17ο αιώνα (ιδίως το θερμόμετρο του Santorio), αλλά παρέμεινε ενασχόληση των χημικών και των ιατρών. Είχαν διατυπώσει το αξίωμα της διατήρησης της θερμότητας, την οποία συνέλαβαν τότε ως ουσία: "θερμιδική".

Το έργο των Benjamin Thompson (Lord Rumford), Pierre-Simon de Laplace, Jean-Baptiste Biot, Siméon Denis Poisson και Joseph Fourier επέτρεψε στους μαθηματικούς και τους φυσικούς να ενδιαφερθούν για τη θερμότητα, ιδίως για τη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας.

Ταυτόχρονα, οι μετεωρολόγοι κατανοούσαν καλύτερα τον ρόλο της θερμότητας στο σύστημα των ανέμων ή των ωκεάνιων ρευμάτων, το οποίο θεωρούνταν η μεγάλη κινητήρια δύναμη του κόσμου. Συγκεκριμένα, η αδιαβατική θέρμανση και ψύξη του αέρα χρησιμοποιήθηκε για να εξηγήσει τις παρατηρήσεις πεδίου, όπως η σταθερότητα των πεδίων χιονιού στον ισημερινό.

Οι πρώτες ατμομηχανές πρακτικής εφαρμογής εμφανίστηκαν στις αρχές του 18ου αιώνα και λειτουργούσαν ως εξής: ο ατμός χρησιμοποιήθηκε για να εξαναγκάσει τον αέρα να βγει από έναν κύλινδρο, ο οποίος στη συνέχεια ψύχθηκε έτσι ώστε ο ατμός να συμπυκνωθεί και η εξωτερική ατμοσφαιρική πίεση να προκαλέσει την επαναφορά του εμβόλου προς τα κάτω. Στη συνέχεια, ο ατμός αφήνονταν να ξαναγεμίσει τον κύλινδρο και ο κύκλος επαναλαμβανόταν (βλέπε μηχανή του Thomas Newcomen). Οι μηχανές αυτές ήταν αργές και ασταθείς στη λειτουργία τους, αλλά ήταν κατάλληλες για την άντληση νερού από ορυχεία. Σε αυτό το πλαίσιο, το νερό ήταν η καταλληλότερη ουσία εργασίας, ιδίως επειδή διαστέλλεται σε περίπου 1800 φορές τον αρχικό του όγκο όταν μετατρέπεται σε ατμό.

Στη δεκαετία του 1760, προκειμένου να εξαλειφθεί η σπάταλη θέρμανση και η εναλλασσόμενη ψύξη του κυλίνδρου, ο James Watt συμπύκνωσε τον ατμό σε έναν ξεχωριστό ψυχρό κύλινδρο, ή συμπυκνωτή, ενώ ο κύριος κύλινδρος παρέμενε πάντα ζεστός. Επιπλέον, χρησιμοποίησε θερμό ατμό για να κατεβάσει το έμβολο μέσα στον κύλινδρο, μειώνοντας έτσι περαιτέρω την απώλεια θερμότητας. Ο Watt παρατήρησε ότι μπορούσε να επιτευχθεί σημαντική εξοικονόμηση αν η παροχή ατμού διακόπτονταν πριν το έμβολο μετακινηθεί στον κύλινδρο: ο παγιδευμένος ατμός θα συνέχιζε να κινεί το έμβολο προς τα κάτω με ελαφρώς μειούμενη πίεση. Όταν ο ατμός περνούσε στον συμπυκνωτή, του είχε απομείνει κάποια "ελαστικότητα" (πίεση): αυτό ονομάστηκε δράση διαστολής. Από την άλλη πλευρά, ο Τζέιμς Βατ δεν πίστευε ποτέ στις μηχανές υψηλής πίεσης, τις οποίες θεωρούσε πολύ επικίνδυνες για καθημερινή χρήση- η επιρροή του ήταν τέτοια που αυτός ο τύπος μηχανής αναπτύχθηκε πραγματικά μόνο μετά το θάνατό του.

Το 1805, ένας μηχανικός από την Κορνουάλη, ο Arthur Woolf, κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον κινητήρα υψηλής πίεσης με δύο διαδοχικούς κυλίνδρους (διπλή ένωση) για να επιτευχθεί πλήρης διαστολή του ατμού: η αρχή αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι μειώνει το εύρος της θέρμανσης και της ψύξης κάθε κυλίνδρου και, επομένως, εξοικονομεί καύσιμο για να κερδίσει σε απόδοση. Ο Τζέικομπ Πέρκινς, ένας Αμερικανός μηχανικός, έδειξε ότι ήταν δυνατόν να κατασκευαστεί ατμομηχανή που να λειτουργεί σε πιέσεις κοντά στις 35 ατμόσφαιρες. Ο Σάντι Καρνό εκτίμησε το έργο αυτό, αλλά επισήμανε ότι ο κινητήρας αυτός είχε το ελάττωμα ότι δεν χρησιμοποιούσε σωστά την αρχή της διαστολής του Τζέιμς Βατ.

Ο Καρνό, όπως και οι σύγχρονοί του, εντυπωσιάστηκε πολύ από τη βιομηχανική υπεροχή της Αγγλίας έναντι της Γαλλίας, την οποία απέδιδε στην εκτεταμένη χρήση της ατμομηχανής. Από το 1811 έως το 1840, η τέχνη της άντλησης νερού από τα ορυχεία της Κορνουάλης αναφερόταν τακτικά στο Monthly Engine Reporter που εξέδιδαν οι Thomas και John Lean και επαναλαμβανόταν σε δημοσιεύσεις όπως τα Annals of Chemistry and Physics. Τα ρεκόρ αυτά τεκμηρίωσαν οριστικά την υπεροχή των μηχανών υψηλής πίεσης. Επιπλέον, μέχρι το 1820 οι περισσότεροι μηχανικοί φαίνονταν πεπεισμένοι ότι υπήρχε ένα οριστικό όριο στην ποσότητα εργασίας που μπορούσε να γίνει με μια δεδομένη ποσότητα θερμότητας.

Τα δεδομένα αυτά, αληθινά εφήμερα, είχαν το πλεονέκτημα ότι μετέφραζαν τη δράση των διαφόρων αντλητικών μηχανών με απλό τρόπο και απευθείας σε μονάδες έργου (βάρος του νερού και ύψος στο οποίο αυτό ανυψωνόταν). Ο Sadi Carnot εμπνεύστηκε από αυτό στη σκέψη του για τις βασικές αρχές των θερμικών μηχανών.

Στις αρχές του 19ου αιώνα, η ατμομηχανή είχε βελτιωθεί σε τέτοιο βαθμό που κάποιοι είχαν ήδη αντιληφθεί τα όρια της βελτίωσής της. Ένας μηχανικός με το όνομα A. Ο R. Bouvier δήλωσε το 1816 ότι περαιτέρω βελτιώσεις θα απαιτούσαν μαθηματικά και φυσική και όχι μόνο μηχανικές βελτιώσεις.

Εκείνη την εποχή ο Σκωτσέζος μηχανικός Ewart υποστήριξε ότι μια δεδομένη ποσότητα θερμότητας θα μπορούσε ιδανικά να παράγει μόνο μια δεδομένη ποσότητα έργου.

Ο Boerhaave είχε παρατηρήσει ότι το σύστημα που σχηματίζεται από σώματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες τείνει να φτάσει σε θερμική ισορροπία και ότι ένα απομονωμένο σώμα δεν θερμαίνεται ποτέ αυθόρμητα.

Τέλος, ο Ζοζέφ Φουριέ είχε επισημάνει το 1817 ότι η ακτινοβολούμενη θερμότητα πρέπει να υπακούει σε έναν ημιτονοειδή νόμο εκπομπής. Η απόδειξή του ότι η απόρριψη αυτού του νόμου θα οδηγούσε στην παραδοχή της δυνατότητας της αέναης κίνησης ήταν πιθανώς η πρώτη χρήση τέτοιου συλλογισμού εκτός της μηχανικής του Γαλιλαίου. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο Sadi Carnot χρησιμοποίησε την ίδια συλλογιστική στο δεύτερο μέρος των Réflexions με το θεώρημα της μέγιστης απόδοσης.

Δημοσίευση

Το έργο, το οποίο περιλαμβάνει 118 σελίδες και πέντε σχήματα, εκδόθηκε σε αυτοέκδοση από τον A-J-E Guiraudet Saint-Amé (X 1811) με την αναφορά του οίκου Bachelier και τυπώθηκε σε 600 αντίτυπα. Παρά την αδιαμφισβήτητη σαφήνεια του ύφους, η σειρά των λεπτών συλλογισμών που εκθέτει ο συγγραφέας είναι δύσκολο να ακολουθηθεί, επειδή έχει σκόπιμα απαρνηθεί την αλγεβρική γλώσσα στο κείμενο, περιορίζοντάς την σε λίγες υποσημειώσεις. Αν ο συγγραφέας σκοπεύει να εισαγάγει νέες έννοιες, χρησιμοποιεί το λεξιλόγιο των σύγχρονων φυσικών της εποχής του: νόμος, κινούμενη δύναμη και δεν χρησιμοποιεί τους όρους κύκλοι, αδιαβατικός ή αντιστρεπτός μετασχηματισμός, ακόμη και αν επικαλείται τις έννοιες που ορίζουν. Όσον αφορά το περιεχόμενο, είναι βολικό να διακρίνουμε τέσσερα μέρη στο βιβλίο του Sadi Carnot, και παρόλο που το κείμενο δεν περιέχει διαχωρισμούς, ο συγγραφέας ακολουθεί ένα πολύ διεκδικητικό σχέδιο, ενώ συγκαλύπτει τις μεταβάσεις του με σύντομες συνδετικές φράσεις, σύμφωνα με τις ρητορικές πρακτικές της εποχής.

Θερμότητα και κινητήρια δύναμη

Το πρώτο μέρος περιλαμβάνει μια φιλοσοφική έκθεση του πεδίου που καλύπτει η επιστήμη της θερμότητας, ιδωμένη από μια εντελώς νέα οπτική γωνία: η θερμότητα ως κινητήριος παράγοντας. Στο βιβλίο του, ο Carnot δεν ασχολείται με τη φύση της θερμότητας, ούτε ενδιαφέρεται για τη θέρμανση και την ψύξη διαφόρων σωμάτων, ούτε για τις συνθήκες υπό τις οποίες μεταδίδεται η θερμότητα, όπως ο Joseph Fourier και οι οπαδοί του. Επίσης, δεν ασχολήθηκε με τις χημικές και φυσιολογικές επιδράσεις της θερμότητας.

Τον ενδιέφερε η θερμότητα ως η αιτία των μεγάλων φυσικών κινήσεων που συμβαίνουν στη γη, το σύστημα των ανέμων, τα ωκεάνια ρεύματα....Από αυτή την άποψη, υπερβάλλει για τη σημασία της. Παρ' όλα αυτά, ο Sadi Carnot γνώριζε, και φαίνεται ότι ήταν ο πρώτος που έκανε αυτή την παρατήρηση, ότι η απόδοση των καλύτερων και ισχυρότερων ατμομηχανών είναι γελοία σε σύγκριση με τα τεράστια μηχανικά αποτελέσματα που παράγει η θερμότητα στον φυσικό κόσμο.

Ο Sadi Carnot είναι σε θέση να υιοθετήσει μια φιλοσοφική άποψη, αξιοποιώντας τόσο τις γνώσεις του για τη λειτουργία των ατμομηχανών όσο και την εμπειρία του στη μετεωρολογία ή τη γεωφυσική. Από τα εγχειρίδια της εποχής, φαίνεται απίθανο ότι οποιοσδήποτε άλλος μηχανικός θα ήταν σε θέση να το κάνει αυτό, ούτε ένας φυσικός: οι πρώτοι δεν θα ενδιαφέρονταν για μια τόσο αφηρημένη γενίκευση, ενώ οι δεύτεροι δεν θα ενδιαφέρονταν ιδιαίτερα για την κινητήρια δύναμη. Μόνο ο λόρδος Ράμφορντ, λίγα χρόνια νωρίτερα, παρατηρώντας μια σημαντική έκλυση θερμότητας κατά τη διάρκεια της πλήξης των όπλων, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η εργασία μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα και ότι οι δύο αυτές έννοιες προέρχονταν από την ίδια ουσία.

Αυτό το προκαταρκτικό μέρος των προβληματισμών περιέχει τη θεμελιώδη ιδέα ότι όπου υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας, υπάρχει η δυνατότητα παραγωγής κινητήριας δύναμης, μια ιδέα που παίζει κεντρικό ρόλο στη θερμοδυναμική. Και το συμπέρασμά του δεν είναι λιγότερο σημαντικό: είναι αδύνατο να παραχθεί κινητήρια δύναμη αν δεν υπάρχει και κρύο και ζεστό σώμα. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως η πρώτη δήλωση του δεύτερου θερμοδυναμικού νόμου, γνωστού επίσης ως αρχή του Carnot, έστω και αν εξακολουθεί να είναι σε ασαφή μορφή.

Είναι πιθανό ότι την εποχή εκείνη ο Sadi Carnot καθοδηγούνταν από την ιδέα ότι οι πιο αποτελεσματικές υδραυλικές μηχανές ήταν εκείνες που χρησιμοποιούσαν το μεγαλύτερο ύψος νερού: είδε σε αυτό μια αναλογία, με όλες τις αποχρώσεις που κάνουν τη διαφορά με μια αυστηρή ομοιότητα, μεταξύ αυτού του ύψους και της διαφοράς θερμοκρασίας για τις θερμικές μηχανές. Ωστόσο, αν μια μελέτη των στοιχείων που δημοσιεύτηκαν στο Monthly Engine Reporter σχετικά με την απόδοση των κινητήρων υψηλής πίεσης δεν επιβεβαίωνε αυτό το σκεπτικό, η διαίσθησή του ήταν σωστή.

Ιδανικός κύκλος ενός τέλειου κινητήρα

Το δεύτερο μέρος ορίζει έναν τέλειο κινητήρα και τον ιδανικό κύκλο λειτουργίας του. Για να το πετύχει αυτό, φαντάζεται μια ιδανική μηχανή, που συνήθως ονομάζεται μηχανή Carnot, η οποία μπορεί εύκολα να ανταλλάσσει θερμότητα εναλλάξ με ένα θερμό και ένα ψυχρό σώμα (Σχήμα 6). Στη μελέτη του, η θερμική μηχανή περιορίζεται αυστηρά στα βασικά της στοιχεία:

Ο Carnot επιβεβαιώνει ότι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του ψυχρού σώματος και όχι η διαφορά πίεσης που υφίσταται η δρώσα ουσία είναι αυτή που καθορίζει το έργο που επιτελεί ο κινητήρας. Φαίνεται ότι οφείλει αυτή τη σημαντική ιδέα στους φίλους του Clément και Desormes.

Ο ιδανικός κύκλος υπόκειται στην εξής προϋπόθεση: η ουσία που δρα στον κύλινδρο δεν πρέπει ποτέ να έρχεται σε επαφή με σώμα ψυχρότερο ή θερμότερο από τον εαυτό της, ώστε να μην υπάρχει περιττή ροή θερμότητας. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η συνθήκη αυτή αντιστοιχεί σε εκείνες που είχε δηλώσει ο πατέρας του για τον προσδιορισμό της μέγιστης απόδοσης των υδραυλικών μηχανών.

Όλες οι μεταβολές της θερμοκρασίας πρέπει να προκαλούνται από τη διαστολή ή τη συμπίεση της εργαζόμενης ουσίας. Αρχικά συμπιεσμένη σε υψηλή πίεση, η εργαζόμενη ουσία διαστέλλεται ελεύθερα: ωθεί το έμβολο και αντλεί θερμότητα από το θερμό σώμα με το οποίο έρχεται σε επαφή ο κύλινδρος (Σχήμα 1). Στη συνέχεια, ο κύλινδρος απομακρύνεται από το θερμό σώμα και η ουσία συνεχίζει να διαστέλλεται αδιαβατικά, έτσι ώστε η θερμοκρασία της να μειώνεται μέχρι να γίνει ίση με εκείνη του ψυχρού σώματος (Σχήμα 2). Αυτό το μέρος του κύκλου αντιστοιχεί στη λειτουργία "διαστολής" της μηχανής του James Watt- αλλά τώρα είναι η θερμοκρασία του ψυχρού σώματος και όχι η πίεση του συμπυκνωτή που σηματοδοτεί το τέλος της διαστολής. Στη συνέχεια, ο κύλινδρος έρχεται σε επαφή με το ψυχρό σώμα και η εργαζόμενη ουσία συμπιέζεται, η θερμότητα "αποβάλλεται" από αυτήν (και η συμπίεση συνεχίζεται έτσι ώστε η εργαζόμενη ουσία να θερμαίνεται αδιαβατικά (σχήμα 4). Το καθαρό αποτέλεσμα ήταν μόνο η μεταφορά θερμότητας από το θερμό σώμα στο ψυχρό σώμα και η παραγωγή εξωτερικού έργου- η εργαζόμενη ουσία επέστρεψε στην αρχική της κατάσταση και δεν χάθηκε θερμότητα.

Αναστρεψιμότητα του κύκλου Carnot

Ο Sadi Carnot επισημαίνει ότι ο κύκλος είναι ακριβώς αναστρέψιμος: ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει προς την αντίθετη κατεύθυνση και το καθαρό αποτέλεσμα θα είναι τότε η κατανάλωση εργασίας ίση με εκείνη που παράγεται από τη λειτουργία προς την άμεση κατεύθυνση και η μεταφορά της ίδιας ποσότητας θερμότητας, αλλά σε αυτή την περίπτωση από το ψυχρό σώμα στο θερμό σώμα. Η αντιστρεψιμότητα του κύκλου είναι δυνατή επειδή δεν υπάρχει περιττή ροή θερμότητας σε κανένα σημείο του κύκλου. Αν υπήρχε τέτοια ροή, ο κινητήρας δεν θα ήταν αναστρέψιμος. Τώρα, η αναστρέψιμη μηχανή είναι αυτή που δίνει την καλύτερη δυνατή απόδοση και ο Carnot κατέληξε στο συμπέρασμα, ως συνέπεια της αδυναμίας της αέναης κίνησης, ότι ο ατμός είναι τουλάχιστον εξίσου ικανοποιητικός με οποιαδήποτε άλλη δραστική ουσία. Όταν ισχυρίστηκε ότι αυτό ήταν θεωρητικά αληθές, οι μηχανικοί της εποχής το είδαν ως μια αφηρημένη επιβεβαίωση όσων είχαν μάθει στην πράξη.

Εφαρμογές στη φυσική των αερίων

Στο τρίτο μέρος, ο Sadi Carnot δείχνει ότι το γεγονός ότι όλες οι ιδανικές μηχανές θερμότητας έχουν την ίδια απόδοση, ανεξάρτητα από το τι αέριο ή ατμό χρησιμοποιείται, έχει θεμελιώδεις συνέπειες για τη φυσική των αερίων. Ο Carnot αποδεικνύει ότι όλα τα αέρια που διαστέλλονται ή συμπιέζονται από μια πίεση και όγκο σε μια άλλη πίεση και όγκο σε σταθερή θερμοκρασία είτε απορροφούν είτε απελευθερώνουν την ίδια ποσότητα θερμότητας. Μπορεί επίσης να συμπεράνει σχέσεις μεταξύ των ειδικών θερμών των αερίων, δηλαδή της ειδικής θερμότητας σε σταθερή πίεση και της ειδικής θερμότητας σε σταθερό όγκο. Σε μια υποσημείωση, η οποία παραβλέφθηκε από τους πρώτους σχολιαστές, προτείνει ότι η απόδοση μιας ιδανικής θερμικής μηχανής θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για μια απόλυτη κλίμακα θερμοκρασίας.

Διαίσθηση κινητήρα αέρα

Στο τελευταίο μέρος του βιβλίου, ο Sadi Carnot σημειώνει ότι η υπεροχή των ατμομηχανών υψηλής πίεσης είναι αδιαμφισβήτητη, επειδή χρησιμοποιούν μεγαλύτερη πτώση θερμοκρασίας από τις μηχανές χαμηλής πίεσης. Ο Carnot αναγνωρίζει ότι το μεγάλο πλεονέκτημα του νερού ως πηγή ατμού, το γεγονός ότι διαστέλλεται πάρα πολύ σε ένα πολύ μικρό εύρος θερμοκρασιών, κατέστησε δυνατή την υλοποίηση των πρώτων ατμομηχανών. Ωστόσο, καταλήγει στο αξιοσημείωτο συμπέρασμα ότι αυτό το πλεονέκτημα θα καθιστούσε το νερό λιγότερο κατάλληλο για τη θερμική μηχανή του μέλλοντος. Πράγματι, η τεράστια αύξηση της πίεσης για πολύ μικρές αυξήσεις της θερμοκρασίας πάνω από τους 100 °C καθιστά σχεδόν αδύνατη τη λειτουργία σε όλο το εύρος θερμοκρασιών από την καύση του άνθρακα έως τη συμπύκνωση του κρύου νερού.

Ως εκ τούτου, ο Sadi Carnot προέβλεψε ότι, μόλις επιλυθούν διάφορα τεχνικά προβλήματα σχετικά με τη λίπανση και την καύση, ο πιο αποδοτικός κινητήρας θα ήταν πιθανότατα ο αεροκινητήρας.

Αποδοχή του έργου

Το έργο έτυχε καλής υποδοχής, μεταξύ άλλων και από την Ακαδημία Επιστημών, στην οποία ο Pierre-Simon Girard, διευθυντής ενός επιστημονικού περιοδικού, παρουσίασε το έργο του Carnot στη συνεδρίαση της 14ης Ιουνίου 1824, συμπληρωμένο από μια αναλυτική έκθεση, σε προφορική μορφή, στους συναδέλφους του στις 26 Ιουλίου. Είναι σαφές ότι μια παρουσίαση στην Ακαδημία με τη μορφή απομνημονευμάτων θα είχε αναμφίβολα προσελκύσει μεγαλύτερη προσοχή στο έργο του Sadi Carnot στην επιστημονική κοινότητα, με φυσική συνέχεια τη δημοσίευση στο Recueil des Savants étrangers. Έτσι, ούτε η "μεγάλη γαλλική επιστήμη" που εκπροσωπήθηκε από το Institut de France, ούτε η περίφημη École Polytechnique αντέδρασαν πραγματικά στη δημοσίευση του έργου του Carnot, επειδή δεν είχαν συνειδητοποιήσει πλήρως τη σημασία του. Από την πλευρά του, ο Carnot, ο οποίος προφανώς δεν είχε αίσθηση της δημοσιότητας, παρέλειψε να στείλει ένα αντίγραφο στις βιβλιοθήκες της École des mines και της École des ponts et chaussées, στερώντας έτσι από τον εαυτό του ένα εκλεκτό κοινό, όπως ακριβώς δεν έστειλε μια κριτική στα Annales de chimie et de physique ή στα Annales des mines. Επιπλέον, θα πρέπει να σημειωθεί ότι, παρά την περιορισμένη έκδοση, ορισμένα απούλητα αντίτυπα βρέθηκαν άκοπα.

Από την πλευρά της μηχανικής, μόνο ο ακαδημαϊκός Pierre-Simon Girard έδωσε μια λαμπρή κριτική. Όταν εμφανίστηκαν τα Réflexions, οι μηχανικοί είχαν ήδη μάθει από την εμπειρία ότι ο ατμός ήταν τουλάχιστον εξίσου ικανοποιητικός με οποιαδήποτε άλλη δραστική ουσία. Όταν ο Καρνό υποστήριξε ότι αυτό ήταν θεωρητικά αληθές, αυτό θεωρήθηκε απλώς μια αφηρημένη επιβεβαίωση.

Επιπλέον, οι εξηγήσεις του σχετικά με την ανώτερη απόδοση των ατμομηχανών υψηλής πίεσης βασίστηκαν σε δεδομένα που δημοσιεύτηκαν στο Monthly Engine Reporter και στις επιδόσεις των μηχανών Woolf, που λειτουργούσαν με διαστολή υψηλής πίεσης, οι οποίες κατασκευάστηκαν στη Γαλλία από τον Humphrey Edwards. Ωστόσο, οι επιδόσεις αυτές πιθανόν να σχετίζονταν περισσότερο με το σύνολο των βελτιώσεων των λεπτομερειών παρά με ένα πραγματικό θερμοδυναμικό πλεονέκτημα. Επομένως, ο Sadi Carnot δεν είχε δίκιο να επικαλείται την υπεροχή των ατμομηχανών υψηλής πίεσης για να υποστηρίξει τις θεμελιώδεις θεωρίες του.

Με εξαίρεση τον Nicolas Clément-Desormes, ο οποίος, σε διάλεξη που έδωσε στις 25 Ιανουαρίου 1825, συνέστησε στους ακροατές του να διαβάσουν το βιβλίο, οι φυσικοί και άλλοι επιστήμονες ήταν αναμφίβολα προβληματισμένοι από τους θεμελιώδεις συλλογισμούς που βασίζονταν στις αρχές της ατμομηχανής.

Μόλις το 1834 ο Émile Clapeyron δημοσίευσε ένα άρθρο στο περιοδικό της École Polytechnique που έδειχνε πώς οι ιδέες του Sadi Carnot μπορούσαν να εκφραστούν μαθηματικά, δίνοντας έμφαση στην επεξηγηματική τους αξία, και μόνο με την επανέκδοση των Réflexions από τον ίδιο συγγραφέα, συμπληρωμένη με τα σχόλιά του, ο Sadi Carnot άρχισε σταδιακά να επηρεάζει την επιστημονική κοινότητα.

Μέσω αυτού ο William Thomson γνώρισε το έργο του Carnot το 1851. Σε μια μακρά σειρά άρθρων, ο Thomson και ο Rudolf Clausius, από το 1850 και μετά, καθόρισαν την αρχή της διατήρησης της ενέργειας (και όχι πλέον της θερμότητας) ως το βασικό θεμέλιο της θερμοδυναμικής. Για να αναγνωριστεί η συμβολή του Rudolf Clausius, η αρχή του Carnot ονομάστηκε αρχή Carnot-Clausius. Η αρχή αυτή επιτρέπει τον προσδιορισμό της μέγιστης απόδοσης μιας θερμικής μηχανής σε συνάρτηση με τις θερμοκρασίες των θερμών και ψυχρών πηγών της, μια απόδοση που κυμαίνεται μεταξύ 8% και 30% ανάλογα με το σχεδιασμό των μηχανών.

Το ερώτημα παραμένει: γιατί ο Sadi Carnot δεν δημοσίευσε τίποτα μεταξύ των οκτώ ετών που μεσολάβησαν από τη δημοσίευση των Réflexions μέχρι το θάνατό του; Αν και μπορούν να δοθούν διάφορες εξηγήσεις, ο πιο πιθανός λόγος είναι ότι δεν είχε πλέον εμπιστοσύνη στις θεωρίες του και δεν μπόρεσε να θεμελιώσει μια νέα θεωρία της θερμότητας. Με τη θερμιδική, ο Sadi Carnot βρέθηκε αντιμέτωπος με ένα από τα πιο δύσκολα επιστημολογικά εμπόδια που έπρεπε να ξεπεράσει, ένα εμπόδιο που ήταν αγαπητό στον Gaston Bachelard: τον ουσιοκρατισμό, δηλαδή τη μονότονη εξήγηση των φυσικών ιδιοτήτων από την ουσία.

Μεταξύ των μεταθανάτιων συγγραμμάτων του σώζεται ένα χειρόγραφο με τίτλο Recherche d'une formule propre à représenter la puissance motrice de la vapeur d'eau, γραμμένο μεταξύ Νοεμβρίου 1819 και Μαρτίου 1827, αλλά πιθανότατα μετά τις Αντανακλάσεις. Σε αυτό περιέγραψε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, προσπαθώντας να αποσαφηνίσει τη σχέση μεταξύ έργου και θερμότητας. Το σημείωμα αυτό δημοσιεύθηκε τελικά το 1878, δηλαδή πολύ αργά για να επηρεάσει την εξέλιξη της επιστήμης, από τον Ιππολύτη Καρνό, σε έναν τόμο που εκδόθηκε προς τιμήν του αδελφού του, στον οποίο πρόσθεσε ένα "Βιογραφικό σημείωμα για τον Sadi Carnot". Ήταν αναμφίβολα την άνοιξη του 1832 όταν ο Sadi ανακάλυψε την αρχή της ισοδυναμίας και όταν κατέγραψε, σε σύντομες σημειώσεις, τα συμπεράσματα ενός μακροσκελούς υπομνήματος, το οποίο τελικά καταστράφηκε από τον Hippolyte. Οι σημειώσεις αυτές, που δημοσιεύτηκαν επίσης το 1878, δείχνουν ότι είχε εγκαταλείψει πλέον τη θεωρία της θερμιδικής ενέργειας που εξακολουθούσε να διαπερνά το δοκίμιό του του 1824 και για την οποία είχε ήδη εκφράσει αμφιβολίες στις Αναστολές. Φαίνεται ότι είχε παραδεχτεί ότι η θερμότητα δεν είναι τίποτα περισσότερο από κινητήρια δύναμη (σήμερα θα λέγαμε ενέργεια), προτείνοντας μια αριθμητική τιμή για το μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας με ακρίβεια 2%, δέκα χρόνια πριν από τον Julius Robert von Mayer, και προφανώς με μεγαλύτερη επιστημονική ακρίβεια.

Για να επικυρώσει τις προόδους του, είχε σχεδιάσει λεπτομερή πειράματα, τα οποία σήμερα θα ονομάζαμε σταθερής ενθαλπίας, παρόμοια με εκείνα του Benjamin Thompson. Αλλά σε αντίθεση με τον Thompson, σκόπευε να μετρήσει το έργο που γινόταν και τη θερμότητα που παραγόταν, αλλάζοντας παράλληλα τα υλικά που χρησιμοποιούσε. Υπό αυτή την έννοια, είχε μεγάλες ελπίδες να βρει ένα σταθερό μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας που θα είχε την ίδια τιμή για όλα τα πειράματα. Επίσης, προέβλεψε μετρήσεις με τη χρήση αερίων και υγρών για τον υπολογισμό του μηχανικού ισοδύναμου της θερμότητας.

Είναι δύσκολο να γνωρίζουμε αν θα μπορούσε να πραγματοποιήσει αυτά τα πειράματα ικανοποιητικά. Η ιστορία της θερμοδυναμικής έπρεπε να διαρκέσει ακόμη μέχρι να καταλήξει στη θεωρία, οπότε οι δυσκολίες που θα έπρεπε να ξεπεράσει δεν μπορούν να υποτιμηθούν.

Θα ήταν επίσης απαραίτητο να πεισθεί, ιδίως, η μεγάλη ομάδα των χημικών και όλοι όσοι έκαναν έρευνες για τον ηλεκτρισμό: όλοι ήταν βαθιά προσκολλημένοι στη θεωρία της θερμιδικής ενέργειας. Τέλος, η δυναμική θεωρία της θερμότητας διατυπώθηκε οριστικά μόνο από τον James Prescott Joule. Επτά χρόνια χώριζαν την πρώτη του δημοσίευση (1843) από τη δημοσίευση του Rudolf Clausius, ο οποίος ευθυγράμμισε τη δυναμική θεωρία της θερμότητας (Joule) με τις θεωρίες του Sadi Carnot.

Τελικά, είναι ατυχές αλλά δυστυχώς πιθανό ότι ο Σάντι Καρνό πέθανε πιστεύοντας ότι απέτυχε, ενώ στην πραγματικότητα απλώς ίδρυσε έναν τεράστιο και θεμελιώδη κλάδο της επιστήμης με πολύπλοκες δομές, τη θερμοδυναμική, η οποία συνδέει τη φυσική, τη χημεία, τη βιολογία και ακόμη και την κοσμολογία.

Επιρροή του έργου του Lazare Carnot στο έργο του γιου του

Για τον ιστορικό της επιστήμης προκύπτουν διάφορα ερωτήματα σχετικά με τη σχέση μεταξύ των έργων των δύο μηχανικών:

Έργο σύνθεσης

Για τον D.S.L. Cardwell, το βιβλίο του Sadi Carnot, αν και πολύ λιγότερο γνωστό από το De revolutionibus orbium coelestium του Κοπέρνικου, έχει ανάλογη σημασία στην ιστορία της σύγχρονης επιστήμης επειδή έθεσε τα θεμέλια ενός εντελώς νέου επιστημονικού κλάδου: της θερμοδυναμικής.

Ωστόσο, το έργο του Καρνό έχει μια πρωτότυπη διάσταση. Ο Κοπέρνικος εργάστηκε σε έναν σαφώς καθορισμένο και αναγνωρισμένο κλάδο- μπορούσε να βασιστεί σε μια κληρονομιά από σκέψεις και παρατηρήσεις που συσσωρεύτηκαν επί δύο χιλιετίες (οι εφεμερίδες). Ο Sadi Carnot, από την άλλη πλευρά, έπρεπε να συνθέσει διαφορετικούς επιστημονικούς και τεχνικούς κλάδους. Για να το κάνει αυτό, έπρεπε να επιλέξει τα δεδομένα που θα μελετούσε, να οικοδομήσει θεωρίες από έννοιες, νόμους και αρχές που αντλούσε από τις επιστήμες της θερμότητας και της μηχανικής, οι οποίες ήταν ακόμη ξεχωριστές, από τεχνολογίες που βρίσκονταν σε πλήρη ανάπτυξη, όπως ο ατμός, ή που ήταν ήδη πιο καθιερωμένες, όπως η υδραυλική, αλλά που ήταν επίσης ακόμη ασύνδετες. Επιπλέον, ο ίδιος μόνος του είδε την ανάγκη αυτής της νέας επιστήμης το 1824, τόσο για τις πρακτικές εφαρμογές της όσο και για πιο θεμελιώδεις λόγους.

Επανάσταση Carnot

Από ιστορική άποψη, το έργο του Sadi Carnot συνέπεσε με αυτό που ο Jacques Grinevald αποκαλεί Επανάσταση Carnot, η οποία οδήγησε στη μετάβαση σε μια θερμοβιομηχανική κοινωνία με τη μαζική χρήση ορυκτής ενέργειας (άνθρακα και στη συνέχεια πετρελαίου). Έκτοτε, η δύναμη της φωτιάς επέτρεψε την εμφάνιση μιας νέας μηχανής, η οποία κατασκευάστηκε γύρω από έναν κινητήρα και αποτέλεσε μια διχοτόμηση στην ιστορία του εργαλείου. Επιτρέπει την εκδίωξη της κινητήριας δύναμης του ανθρώπου, του ζώου, των συνηθισμένων φυσικών στοιχείων όπως ο άνεμος και το νερό, για να δώσει νόημα στην παλιά συλλογική αναπαράσταση των ζωντανών πλασμάτων, από τον Ήφαιστο μέχρι το ηλεκτρικό φάντασμα του Hadaly. Ταυτόχρονα, αυτή η κινητήρια δύναμη της φωτιάς θα διαταράξει τον πανάρχαιο δεσμό μεταξύ της τεχνολογίας και του άμεσου γεωγραφικού περιβάλλοντος, με την άνευ προηγουμένου ανάπτυξη δικτύων και ροών και τη γεωγραφική συγκέντρωση του εξοπλισμού που καθίσταται δυνατή μέσω της αποκέντρωσης αυτής της δύναμης.

Αξιολόγηση και επακόλουθα

Ο Σάντι Καρνό ανακάλυψε τους δύο νόμους στους οποίους βασίζεται ολόκληρη η επιστήμη της ενέργειας, παρά τα εμπόδια που έμοιαζαν ανυπέρβλητα. Έδωσε ένα μέτρο της εξαιρετικής δύναμης της διαίσθησής του με τη διατύπωση των νόμων του όταν τα γεγονότα ήταν ανεπαρκή σε αριθμό, η ακρίβειά τους ακατέργαστη και ιδιαίτερα όταν η πρόοδος της εκκολαπτόμενης επιστήμης ανακόπτονταν από την εσφαλμένη θεωρία της άφθαρτης θερμιδικής ενέργειας.

Διαισθητικά είδε ότι η ατμομηχανή έμοιαζε με τον παλιό νερόμυλο, ο οποίος παράγει ενέργεια ρίχνοντας νερό από ένα υψηλό επίπεδο σε ένα χαμηλότερο επίπεδο, ότι παράγει ενέργεια ρίχνοντας θερμότητα από την υψηλή θερμοκρασία του λέβητα στη χαμηλότερη θερμοκρασία του συμπυκνωτή. Θεωρούσε ότι αυτή η διαφορά στη θερμοκρασία ήταν ένα σαφές φαινόμενο, αλλά ότι η ίδια η πτώση της θερμότητας ήταν πολύ λιγότερο σαφής, και φρόντισε στο νόμο του να κάνει την πτώση της θερμοκρασίας να παίξει τον ουσιαστικό ρόλο. Σήμερα θα λέγαμε ότι μάντεψε ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ της ενέργειας που σχηματίζει θερμότητα και της θερμότητας που πέφτει σαν νερό από τον μύλο. Γνωρίζουμε ότι χρειάστηκαν 40 χρόνια μετά το βιβλίο του για να οριστεί η εντροπία από την ποσότητα της θερμότητας ως το ισοδύναμο του νερού του μύλου και θαυμάζουμε ότι απέφυγε αυτό το δύσκολο πρόβλημα και τελικά απέρριψε πρώτος τη θερμιδική θεωρία.

Με την παγκόσμια εμβέλειά του, το έργο του είναι ίσως μοναδικό στην ιστορία της σύγχρονης επιστήμης και, υπό αυτή την έννοια, ο Nicolas Léonard Sadi Carnot ήταν σίγουρα ένας από τους πιο διεισδυτικούς και πρωτότυπους στοχαστές που ανέδειξε ο πολιτισμός μας.

Για ορισμένους, θα παραμείνει "ένας μετεωρίτης στην ιστορία της επιστήμης", μια μοναδική προσωπικότητα για την οποία "με ένα φύλλο χαρτί, ένα μολύβι και ένα μυαλό, να έχει δημιουργήσει τη βάση μιας νέας επιστήμης, είναι ένα αρκετά αξιοθαύμαστο πνεύμα". "Ο θάνατος των μεγάλων ανδρών αφήνει τόσες λύπες όσες και νέες ελπίδες.

Το 1970, η Διεθνής Αστρονομική Ένωση ονόμασε τον σεληνιακό κρατήρα Carnot από τον Γάλλο φυσικό και αργότερα τον αστεροειδή (12289) Carnot.

Η μέθοδος Carnot, μια διαδικασία κατανομής της εξέργειας για την αξιολόγηση των προϊόντων συμπαραγωγής και τον υπολογισμό της φυσικής αξίας της παραγόμενης θερμότητας, πήρε το όνομά του.

Το 2006, η ετικέτα Carnot δημιουργήθηκε στη Γαλλία για να αναπτύξει τη διασύνδεση μεταξύ της δημόσιας έρευνας και των κοινωνικοοικονομικών φορέων, ανταποκρινόμενη στις ανάγκες τους: αυτή η αφιέρωση χαιρετίζει αυτό που ο Sadi Carnot έφερε στη θεμελιώδη φυσική, διερευνώντας ένα πολύ εφαρμοσμένο ζήτημα.

Πηγές

1. Νικολά Λεονάρ Σαντί Καρνό
2. Sadi Carnot (physicien)
3. Sadi est le seul prénom mentionné pour l’état civil, Nicolas et Léonard étant des prénoms de baptême.
4. Il fut successivement affecté à Besançon, détaché à Salins, Montpellier et Langres pour lever la place.
5. Probablement liées à sa petite taille ou à la remise en cause de sa participation à la défense du fort de Vincennes.
6. 1 kg d’eau occupe un volume d’1 dm3 ; 1 kg de vapeur d’eau à 100 °C occupe 1 673 dm3. Voir l’article vapeur d’eau.
7. ^ (US) M. Hippolyte Carnot, Life of Sadi Carnot , Second revised edition, John Wiley & Sons, 1897
8. ^ (FR) Autori vari, Sadi Carnot et l'essor de la thermodynamique, CNRS Éditions 1 Septembre 1998 ISBN 2-222-01818-8
9. ^ È possibile arrivare a questo risultato partendo dalla legge di Gay-Lussac (Charles): V i : T i = V : T {\displaystyle V_{i}:T_{i}=V:T} ponendo come suggerisce il trattato stesso T i = 273 {\displaystyle T_{i}=273} K (0 °C) e T = 274 {\displaystyle T=274} K (1 °C), sviluppando i calcoli si avrà che Δ V = 1 273 {\displaystyle \Delta V={1 \over 273}} pari a 0,003663. Tuttavia negli anni in cui Carnot compose l'opera, l'equivalenza assunta era 0 °C = 267 K sviluppando i calcoli con questi nuovi dati si ottiene Δ V = 1 267 {\displaystyle \Delta V={1 \over 267}} a cui si deve sommare la precedente compressione di 1 116 {\displaystyle {1 \over 116}} .
10. ^ Birembaut 1974, p. 362
11. ^ Birembaut 1974, pp. 365–366
12. ^ Birembaut 1974, p. 362
13. 1,0 1,1 Εθνική Βιβλιοθήκη της Γαλλίας: (Γαλλικά) καθιερωμένοι όροι της Εθνικής Βιβλιοθήκης της Γαλλίας. 118952307. Ανακτήθηκε στις 10  Οκτωβρίου 2015.
14. 2,0 2,1 MacTutor History of Mathematics archive. Ανακτήθηκε στις 22  Αυγούστου 2017.