Sadi Carnot

Mary Stone | 31 tammikuun, 2023

Yhteenveto

Nicolas Léonard Sadi Carnot oli ranskalainen fyysikko ja insinööri, joka syntyi 1. kesäkuuta 1796 Pariisissa ja kuoli 24. elokuuta 1832 Ivry-sur-Seinessä tai Pariisissa.

Lyhyen uransa aikana (hän kuoli koleraan 36-vuotiaana) Sadi Carnot julkaisi vain yhden kirjan (kuten Kopernikus): Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, 1824, jossa hän 27-vuotiaana ilmaisi sen, mistä tuli hänen elämäntyönsä ja tärkeä kirja fysiikan historiassa.

Tässä teoksessa hän loi perustan täysin uudelle tieteenalalle, termodynamiikalle. Tuolloin termiä ei ollut olemassa, vaan sen keksi William Thomson 1800-luvun puolivälissä. Joidenkin käsitteiden epätarkkuudesta huolimatta (lämpöteorian ja lämmön säilymisen aksiooman hyväksyminen) Sadi Carnot oli kuitenkin se, joka löysi tämän tieteen, joka oli yhtä perustavanlaatuinen teoreettiselta kannalta kuin se oli hedelmällinen käytännön sovellusten kannalta.

Sadi Carnot muotoili lämpövoimakoneen perustellun selityksen ja perusperiaatteet, joiden mukaan nykyään suunnitellaan kaikki voimalaitokset, räjähdys- ja suihkumoottorit. Vielä merkittävämpää on, että tämä syntyi, kun yksikään edeltäjistä ei ollut vielä määritellyt aiheen luonnetta ja laajuutta. Sadi Carnot”n älyllinen polku, joka perustuu puhtaasti teknisiin huolenaiheisiin, kuten höyrykoneen suorituskyvyn parantamiseen, on omaperäinen, ja se ennakoi tärkeää kehitystä, joka tapahtui tänä modernin tieteen kannalta ratkaisevana aikana.

Sadi Carnot syntyi Pariisissa, Petit-Luxembourg-palatsissa, jossa hänen isänsä, yksi tasavallan viidestä johtajasta, piti virka-asuntoaan. Hän oli Lazare Carnot”n (1753-1823) vanhin poika. Hänen etunimensä tulee hänen isänsä suuresti ihaileman persialaisen runoilijan Saadi of Shirazin nimestä.

Lazare Carnot oli Sadin syntymän aikaan uransa huipulla. Lazare Carnot oli matemaatikko ja insinööri, Gaspard Mongen oppilas ja koneita yleisesti käsittelevän esseen (1783) kirjoittaja, mutta hän oli myös sotilas, johtaja ja vallankumouksellinen. Hänet valittiin vuoden 1789 perustuslakia säätävään kokoukseen ja sen jälkeen konventtiin, ja hän äänesti kuningas Ludvig XVI:n kuoleman puolesta. Ranskan vallankumouksen sotien aikana hän sai yleisen turvallisuuden komiteassa lempinimen ”voiton järjestäjä”. Directoryyn kuuluttuaan hän oli Napoleon Bonaparten sotaministeri kuuden kuukauden ajan vuonna 1800 ja sitten sisäministeri sadan päivän aikana vuonna 1815. Saman vuoden lokakuussa Napoleonin hävittyä hänet karkotettiin kuninkaansurmaajana. Hän asui Belgiassa, sitten Puolassa ja Saksassa, jossa hän kuoli, eikä koskaan palannut Ranskaan.

Hänen äitinsä Sophie Dupont (1764-1813) oli peräisin varakkaasta Saint-Omerin perheestä.

Sadi Carnot”lla oli nuorempi veli, Hippolyte Carnot (1801-1888), joka teki poliittisen uran: hän oli kansanedustaja vuosina 1839-1848, opetusministeri vuonna 1848, kieltäytyi tukemasta toista keisarikuntaa ja ryhtyi jälleen kansanedustajaksi kolmannen tasavallan aikana, valittiin senaattiin vuonna 1875 ja Académie des sciences morales et politiques -akatemian jäseneksi vuonna 1887. Sadi Carnot oli Ranskan tasavallan presidentiksi vuonna 1887 valitun Marie François Sadi Carnot”n (yleisesti tunnettu myös nimellä Sadi Carnot) setä, jonka anarkisti Sante Geronimo Caserio murhasi vuonna 1894.

Hän ei koskaan mennyt naimisiin eikä hänellä ollut jälkeläisiä.

Lue myös, historia-fi – Reconquista

Varhaisvuodet

Syyskuun 4. päivänä 1797 tapahtuneen vallankaappauksen jälkeen Lazare Carnot joutui lähtemään Ranskasta, ja tämä tilanne jatkui tammikuuhun 1800 asti, jolloin Bonaparte armahti hänet; tänä aikana Sadi Carnot asui äitinsä kanssa perheen kotona Saint-Omerissa. Elokuussa 1807 Lazare Carnot, joka oli palannut yksityiselämään tribunaatin lakkauttamisen jälkeen, päättää itse huolehtia kahden poikansa koulutuksesta ja opettaa heille matematiikkaa, luonnontieteitä, kieliä ja musiikkia.

Vuonna 1811 Sadi Carnot kirjoittautui Lycée Charlemagne -lyseoon Pierre-Louis Marie Bourdonin valmistavalle luokalle valmistautuakseen École Polytechnique -ylioppilaskunnan kilpailututkintoon. Saavutettuaan 16 vuoden iän 1. kesäkuuta 1812, Sadi Carnot saattoi osallistua kilpailututkintoon seuraavana elokuussa, jolloin hänet hyväksyttiin 24. sijalle 179:stä ja hänet otettiin 2. marraskuuta toiseen divisioonaan.

Lue myös, elamakerrat – Ferdinand VII

Polyteknikko

Vuosina 1812-1813 kurssit toimivat normaalisti huolimatta keisarillisten armeijoiden kärsimistä takaiskuista. Hänen opettajiaan olivat Reynaud analyysissä, Poisson mekaniikassa, Hachette kuvailevassa geometriassa, Louis Jacques Thénard yleisessä ja soveltavassa kemiassa, Jean-Henri Hassenfratz fysiikassa ja François Arago infinitesimaalilaskennassa ja koneteoriassa. Ensimmäisen vuoden aikana häntä opettivat myös sellaiset miehet kuin Alexis Petit fysiikassa ja Pierre Louis Dulong kemiassa, joiden töitä hän myöhemmin käytti. Näyttää siltä, että hänet jopa harkittiin siirtämistä heti Metzin koulun tykistöosastolle lokakuussa 1813, mutta lopulta häntä pidettiin liian nuorena.

Toinen vuosi osoittautui opetuksen kannalta vähemmän hedelmälliseksi. Tammikuun lopussa 1814 oppilaiden yhdistäminen kansalliskaartin tykistöjoukkojen kolmeen komppaniaan keskeytti vähitellen opetuksen etenemisen. Sadi Carnot, joka oli yksi komppanian kuudesta alikersantista, taisteli 29. ja 30. maaliskuuta 1814 ammattikorkeakoulupataljoonassa ja joutui tulituksen kohteeksi harmittomassa kahakassa Vincennesin linnakkeen puolustuksessa liittoutuneita vastaan; tämä oli luultavasti hänen ainoa taistelukokemuksensa. Opetus jatkui 18. huhtikuuta, mutta Sadi palasi vasta 12. toukokuuta. Lokakuun 12. päivänä 1814 hänet julistettiin kelpoiseksi julkiseen palvelukseen, ja hän oli 10. sijalla 65:n luokalleen jääneen oppilaan yleisessä luettelossa. Hän sijoittui 5. sijalle kymmenen opiskelijan erityisluettelossa, jotka hyväksyttiin sotatekniikan insinööriopintoihin luutnantteina Metzin École d”application de l”artillerie et du génie -oppilaitoksessa. Tämä merkitsi hänen koulutuksessaan tärkeän jakson päättymistä, johon hän viittasi julkaistessaan Réflexions -teoksensa allekirjoittamalla sen ”Sadi Carnot, entinen Ecole Polytechniquen opiskelija”.

Lue myös, elamakerrat – David Bowie

Metzin koulu

Sadi Carnot sai insinöörikokelaan arvonimen 1. lokakuuta 1814 ja astui Metzin korkeakouluun vuoden 1814 viimeisinä päivinä lepoajan jälkeen. Tässä arvostetussa koulussa, joka on Mézièresin kuninkaallisen insinöörikoulun perillinen, hän opiskeli sovelletun matematiikan ja fysiikan kursseja François-Marie Dubuat”n ja Jacques Frédéric Français”n johdolla sekä kemian kursseja, joita sovellettiin sotilastaiteisiin ja Chevreusen pyrotekniikkaan. Hänen 2. rykmentin luutnantin arvonimensä, joka merkitsee hänen valmistumistaan koulusta ja varsinaista siirtymistään sotilasuralle, on päivätty 2. huhtikuuta 1817. Perinteen mukaan hänelle myönnettiin välittömästi kolmen kuukauden virkavapaus, jota hän jatkoi 15. lokakuuta 1817 asti ja josta suurimman osan hän todennäköisesti vietti perheensä kotitalossa Nolayssä setänsä, kenraaliluutnantti Carnot de Feulinsin luona.

Lue myös, taistelut – Mulviuksen sillan taistelu

Ensimmäiset tehtävät

Rauhan tultua vuonna 1815 hän joutui tyytymään varuskunnan rutiininomaiseen elämään, jossa ei ollut paljon näkymiä. Koska hän oli maanpaossa eläneen tasavaltalaisjohtajan poika, häntä pidettiin vaarallisena, joten hänen sijoituspaikkansa oli kaukana Pariisista.

Sadi Carnot siirtyi säännöllisesti tarkastamaan linnoituksia, laatimaan suunnitelmia ja kirjoittamaan lukuisia raportteja. Mutta hänen suosituksensa jätettiin ilmeisesti huomiotta, ja hänen uransa pysähtyi.

Toukokuun 6. päivänä 1818 annetulla määräyksellä perustettiin kuninkaallinen esikuntajoukko ja armeijan yleisesikunnan koulutuskoulu. Sadi Carnot sai 15. syyskuuta 1818 kuuden kuukauden virkavapauden valmistautuakseen pääsykokeisiin Pariisissa.

Lue myös, elamakerrat – Louis-Auguste Blanqui

Asennus Pariisissa

Tammikuun 20. päivänä 1819 annetulla määräyksellä hänet otettiin Pariisin yleisesikunnan palvelukseen luutnantin arvossa, ja hänet sijoitettiin virkavapaalle, jolloin hän sai kaksi kolmasosaa bruttopalkastaan tieteellisenä työntekijänä. Sadi Carnot asui setänsä Josephin naapurissa pienessä asunnossa Marais”n kaupunginosassa, jossa hän asui vuoden 1831 puoliväliin asti, ja hän osallistui Sorbonnen ja Collège de Francen kursseille, mutta ei École des Mines”n kursseille, joihin hän tarvitsi ylemmän hallinnon luvan, jota hän ei koskaan pyytänyt, ja joissa hän olisi voinut tavata nuoren Emile Clapeyronin. Hän opiskeli Conservatoire National des Arts et Métiers -yliopistossa, jossa Clément-Desormes opetti taidekemian kurssia ja Jean-Baptiste Say teollisuustalouden kurssia. Hän kävi myös Jardin des plantesissa ja Kuninkaan kirjastossa, mutta myös Louvren museossa ja Italian teatterissa Pariisissa. Sadi Carnot on kiinnostunut teollisuuden ongelmista, vierailee työpajoissa ja tehtaissa, tutkii kaasuteoriaa ja uusimpia poliittisen talouden teorioita. Hän jätti yksityiskohtaisia ehdotuksia ajankohtaisista ongelmista, kuten veroista, mutta matematiikka ja taide kiehtoivat häntä.

Hänen lähipiirinsä jäsenet olivat radikaaleja ja tasavaltalaisia, ja hänen läheisimpiä ystäviään olivat Nicholas Clément ja Charles Desormes, tiedemiehiä ja teollisuuskemistejä, ”Mémoire sur la théorie des machines à feu” -kirjan toimittajia ja ainoita fyysikoita, joihin hän itse asiassa otti yhteyttä ennen Réflexionsin kirjoittamista.

Kesällä 1820 Sadi tapasi jälleen veljensä Hippolyten, joka oli tullut viettämään muutaman päivän Ranskaan ja joka asui isänsä luona. Sotaministeriö myönsi hänelle 23. kesäkuuta 1821 palkatonta virkavapautta, jotta hän voisi vierailla isänsä luona Magdeburgin maanpaossa. Siellä hän ja hänen isänsä alkoivat kiinnostua höyrykoneista, sillä ensimmäinen höyrykone oli rakennettu Magdeburgissa kolme vuotta aiemmin. Palattuaan Pariisiin hän alkoi pohtia termodynamiikan alaa. Hänen ensimmäiset merkittävät teoksensa ovat vuosilta 1822-1823. Kun hänen isänsä kuoli elokuussa 1823, hänen veljensä Hippolyte palasi Pariisiin ja auttoi Hippolytea hänen kirjoitustensa kanssa ”varmistaakseen, että ne tulisivat ymmärretyiksi muille opinnoille omistautuneille ihmisille”. Vapautumisensa jälkeen Sadi oli pysytellyt poissa poliittisista virtauksista, jotka vetivät puoleensa liberaalinuoria, eivätkä järjestäytyneet tieteelliset ryhmät, kuten Société philomathique de Paris, jonka jäsenillä oli pyrkimyksiä liittyä Académie des Sciencesiin, näyttäneet vetävän häntä puoleensa. Hän osallistui kuitenkin polyteekkarien ja teollisuusmiesten kokoukseen, jossa hän ilmeisesti esitelmöi höyryn käyttövoimaa kuvaavasta kaavasta.

Lue myös, elamakerrat – Kuningas Jaakon Raamattu

Saatavuuden päättyminen

Lokakuussa 1824 heräsi esikuntaluutnantti Sadi, joka teki topografisia töitä tiellä Coulommiersista Couilly-Pont-aux-Damesiin. Vuonna 1825 hän teki vastaavanlaista työtä Villeparisisista Gournay-sur-Marnen lautalle johtavalla tiellä. Joulukuun 10. päivänä 1826 allekirjoitettiin asetus kuninkaallisen esikuntajoukon järjestämisestä, ja joulukuun 31. päivänä Sadi siirrettiin Thionvillessä varuskunnassa olevaan 7. jalkaväkirykmenttiin. ”Sadi sai kolmen kuukauden virkavapauden, jonka palkka oli puolet, koska hän oli kiinnostunut asioista, joita en voinut yhtäkkiä hylätä ilman, että minulle aiheutuisi huomattavia menetyksiä. Maaliskuun 6. päivänä 1827 hän toisti pyyntönsä, jossa hän viittasi siihen, ettei hän ollut sopiva jalkaväkeen, ja sai 25. maaliskuuta 1827 alkaen takaisin insinöörien palvelukseen ja jatkoi virkavapaansa, tällä kertaa ilman palkkaa, 15. syyskuuta 1827 asti. Henkilöstön uudelleenjärjestelyn jälkeen hänet lähetettiin Auxonneen, entiseen linnakkeeseen Côte d”Orilla. Syyskuun 27. päivänä 1827 hänet ylennettiin insinöörien toiseksi kapteeniksi.

Lue myös, elamakerrat – Tšiang Kai-šek

Eroaminen

21. huhtikuuta 1828 Sadi tarjosi eroanomuksensa armeijasta ”henkilökohtaisten asioideni hoitamiseksi ja erityisesti sen oikeusjutun hoitamiseksi, josta olen kiinnostunut, olen kaukana lopusta, koska asemani ei anna minulle mahdollisuutta suorittaa tehtäviäni tänään vaarantamatta sitä, mitä minulla on”. Sotaministeriö hyväksyi 19. toukokuuta 1828 hänen eroanomuksensa: Sadi Carnot oli Metzin koulusta lähdettyään suorittanut vasta viisitoista kuukautta aktiivista sotilaspalvelua, johon kuului myös topografisia tutkimuksia. Oikeudenkäynnistä, johon hän näyttää olleen osallisena, on vaikea tietää enempää, vaikka hänen osoitekirjassaan mainitaankin Giraudeaun nimi, jolla oli asianajotoimisto rue Sainte-Annessa. Vaikka hän ei ollut saavuttanut demi-solden asemaa, Sadi saattoi nyt palata Pariisiin ja omistautua opiskelulle ja henkilökohtaiselle tutkimukselle.

Sadin kummisetä, hänen äidinpuoleinen isoisänsä Dupont, oli jättänyt hänelle kuollessaan vuonna 1807 lähes miljoona kultafrangia, josta Lazare Carnot oli saanut kolmanneksen. Sadi sai perintöosuutensa ansiosta viettää vaatimattoman eläkeläisen rauhallista elämää, mutta hänen huono terveytensä teki epäilemättä tarpeelliseksi tämän kiihkottoman ja dynaamisen elämän. Kun kirjastonhoitaja Ambroise Fourcy kysyi hänen ammatistaan kirjassaan Histoire de l”École polytechnique, Sadi Carnot ilmoitti olevansa ”höyrykoneiden rakentaja”. Hänen nimeään ei kuitenkaan mainita missään valmistajien luettelossa, kuten Almanach Bottinissa vuosittain julkaistavassa luettelossa. Oliko hänellä aikomus ryhtyä tähän ammattiin, oliko hän konsultoivan insinöörin roolissa, lainasiko hän rahaa valmistajalle vai oliko tämä vain vitsi? On myös huomattava, että Sadi Carnot ei koskaan hakenut patentteja eikä hänellä ollut professuuria tai tutkintotehtävää vuonna 1829 perustetussa École centrale des arts et manufactures -yliopistossa, jonka tehtävänä oli kouluttaa insinöörejä yksityiselle teollisuudelle. Elokuun 17. päivänä 1830 perustettiin Polyteknillinen yhdistys, joka kokosi yhteen koulun entisiä opiskelijoita ja johon Sadi Carnot liittyi välittömästi.

Helmikuun 10. päivänä 1831 annetussa asetuksessa säädettiin tykistökomppanian perustamisesta jokaiseen arrondissementtiin, ja ”pienen, joskus hyvin vähäpätöisen häirinnän jälkeen” Sadi otettiin 8. tykistökomppaniaan korkeintaan aliupseerin tai korpraalin arvossa.

Elokuussa 1831 Pierre Louis Dulongin kahden muistelmateoksen julkaiseminen sai hänet jatkamaan kaasujen fysikaalisia ominaisuuksia koskevaa työtään. Samana vuonna hän sairastui tulirokkoon ja sairastui vakavasti, ja hänellä oli jonkin aikaa delirium-kohtauksia. Huhtikuussa 1832 Revue Encyclopédique -lehti kertoi paroni Bleinin työstä artikkelissa, jonka allekirjoitti S.C., luultavasti Sadi Carnot. Muotokuvassa, jonka taiteilija Despoix piirsi Sadista tuolloin, näkyy väsyneen ja huolestuneen miehen kasvot, jonka henkinen tasapaino ei vaikuta enää varmalta.

Hänen terveydentilansa esti häntä osallistumasta 20. kesäkuuta 1832 pidettyyn Polyteknillisen yhdistyksen kokoukseen, ja Hippolyte toteaa bibliografisessa huomautuksessaan, että ”liiallinen työ, johon hän ryhtyi, sairastutti hänet kesäkuun 1832 loppupuolella”. Elokuun 3. päivänä hänet otettiin ulkomaalaislääkärin Jean-Étienne Esquirolin hoitokotiin, joka sijaitsi osoitteessa 7, rue de Seine (nykyisin rue Lénine), jossa tämä diagnosoi hänelle manian eli yleisen deliriumin, johon liittyy kiihtymystä. Pian tämän jälkeen Ivryn hoitokodin rekisteriin merkitään, että ”parantui maniastaan ja kuoli 24. elokuuta 1832 koleraan”. Hoitokodin taloudenhoitaja ilmoitti kuolemasta samana päivänä Ivryn kaupungintalolla ilmeisesti siten, että hän vältti kaikenlaista mainintaa kuolemasta, ikään kuin hän olisi saanut ohjeet Hippolyteltä. Hippolyten oli myös ilmoitettava kuolemantapauksesta 12. arrondissementin kaupungintalolle. Siviilihautajaisia vietettiin lähes nimettömissä olosuhteissa. Hänet haudattiin Ivry-sur-Seinen muinaiselle hautausmaalle. Hänen kuolemansa jälkeen hänen henkilökohtaiset tavaransa (myös arkistot) poltettiin taudin leviämisen estämiseksi.

Lue myös, elamakerrat – Jacobus Henricus van ’t Hoff

Teknis-tieteellinen tausta

Sadi Carnot”n kirjan ymmärtämiseksi ja teoksen omaperäisyyden arvioimiseksi on määriteltävä tieteen ja tekniikan tilanne tarkasteltavana olevalla alalla 1800-luvun toisella vuosikymmenellä.

Kun nuori Sadi Carnot tuli École Polytechniqueen, ainoa vakiintunut matematiikkaan perustuva tiede oli mekaniikka. Kemia, sähkö, magnetismi ja lämpö kehittyivät nopeasti, mutta eivät olleet vielä saavuttaneet matemaattisen abstraktion tasoa.

Lämpötiede oli tullut mahdolliseksi lämpömittarin keksimisen myötä 1600-luvulla (erityisesti Santorion lämpömittari), mutta se oli edelleen kemistien ja lääkäreiden harrastus. He olivat esittäneet lämmön säilymisen aksiooman, jonka he sitten käsittivät aineena: ”kalorisena”.

Benjamin Thompsonin (lordi Rumford), Pierre-Simon de Laplacen, Jean-Baptiste Biot”n, Siméon Denis Poissonin ja Joseph Fourierin työn ansiosta matemaatikot ja fyysikot alkoivat kiinnostua lämmöstä ja erityisesti lämmönsiirrosta.

Samaan aikaan meteorologit ymmärsivät paremmin lämmön roolin tuuli- tai merivirtajärjestelmässä, jota pidettiin maailman suurena liikkeellepanevana voimana. Erityisesti ilman adiabaattiseen lämpenemiseen ja jäähtymiseen vedottiin kenttähavaintojen, kuten lumikenttien vakauden selittämiseksi päiväntasaajalla.

Ensimmäiset käytännössä käytettävät höyrykoneet ilmestyivät 1700-luvun alussa, ja ne toimivat seuraavasti: höyryä käytettiin pakottamaan ilmaa ulos sylinteristä, joka sitten jäähdytettiin niin, että höyry tiivistyi ja ulkoinen ilmanpaine sai männän putoamaan takaisin alas. Tämän jälkeen höyryn annettiin täyttää sylinteri uudelleen ja sykli toistettiin (ks. Thomas Newcomenin kone). Nämä koneet olivat hitaita ja epävakaita toiminnaltaan, mutta soveltuivat hyvin veden pumppaamiseen kaivoksista. Tässä yhteydessä vesi oli sopivin työaine, varsinkin kun se laajenee höyryksi muuttuessaan noin 1800-kertaiseksi alkuperäiseen tilavuuteensa verrattuna.

James Watt lauhdutti 1760-luvulla höyryn erillisessä kylmässä sylinterissä eli lauhduttimessa, jotta vältyttäisiin sylinterin tuhlaavalta lämmittämiseltä ja jäähdyttämiseltä vuorotellen, kun taas pääsylinteri pidettiin koko ajan kuumana. Lisäksi hän käytti kuumaa höyryä männän laskemiseen sylinteriin, mikä vähensi lämpöhäviöitä entisestään. Watt huomasi, että huomattavaa säästöä saatiin aikaan, jos höyryn syöttö katkaistiin ennen männän siirtymistä sylinteriin: loukkuun jäänyt höyry liikutti mäntää edelleen alaspäin hieman alenevalla paineella. Kun höyry siirtyi lauhduttimeen, sillä oli vielä jonkin verran ”kimmoisuutta” (painetta) jäljellä: tätä kutsuttiin paisuntatoiminnaksi. Toisaalta James Watt ei koskaan uskonut korkeapaineisiin koneisiin, joita hän piti liian vaarallisina jokapäiväiseen käyttöön; hänen vaikutuksensa ansiosta tämäntyyppiset koneet kehittyivät vasta hänen kuolemansa jälkeen.

Vuonna 1805 cornwallilainen insinööri Arthur Woolf patentoi korkeapaineisen yhdistelmämoottorin, jossa käytettiin kahta peräkkäistä sylinteriä (kaksoisyhdiste) höyryn täydellisen paisumisen aikaansaamiseksi: tämän periaatteen etuna oli, että se vähensi kunkin sylinterin lämpenemisen ja jäähtymisen amplitudia ja säästi siten polttoainetta suorituskyvyn lisääntyessä. Amerikkalainen insinööri Jacob Perkins osoitti, että oli mahdollista rakentaa höyrykone, joka toimi lähes 35 ilmakehän paineessa. Sadi Carnot arvosti tätä työtä, mutta huomautti, että tämän moottorin puutteena oli se, että siinä ei käytetty oikein James Wattin paisuntaperiaatetta.

Carnot oli aikalaistensa tavoin vaikuttunut suuresti Englannin teollisesta ylivoimasta Ranskaan nähden, minkä hän katsoi johtuvan höyrykoneen laajasta käytöstä. Vuosina 1811-1840 veden pumppaamisesta Cornwallin kaivoksista kerrottiin säännöllisesti Thomas ja John Leanin toimittamassa Monthly Engine Reporter -lehdessä, ja se toistui julkaisuissa, kuten Annals of Chemistry and Physics -lehdessä. Nämä ennätykset osoittivat ehdottomasti korkeapainekoneiden paremmuuden. Lisäksi vuoteen 1820 mennessä useimmat insinöörit näyttivät olevan vakuuttuneita siitä, että tietyllä lämpömäärällä tehtävälle työlle oli olemassa tietty raja.

Näiden tietojen, todellisten efemeridien, etuna oli se, että niiden avulla voitiin yksinkertaisella tavalla ja suoraan muuntaa eri pumppukoneiden toiminta työn yksiköiksi (veden paino ja korkeus, johon se nostettiin). Sadi Carnot sai tästä vaikutteita lämpökoneiden perusperiaatteita koskevissa pohdinnoissaan.

1800-luvun alkuun mennessä höyrykonetta oli parannettu niin paljon, että jotkut ihmiset olivat jo tietoisia sen parantamisen rajoista. Insinööri nimeltä A. R. Bouvier totesi vuonna 1816, että lisäparannukset vaatisivat matematiikkaa ja fysiikkaa eivätkä vain mekaanisia parannuksia.

Skotlantilainen insinööri Ewart väitti tuolloin, että tietyllä lämpömäärällä voidaan tuottaa ihanteellisesti vain tietty määrä työtä.

Boerhaave oli havainnut, että eri lämpötiloissa olevien kappaleiden muodostama systeemi pyrkii saavuttamaan termisen tasapainon ja että eristetty kappale ei koskaan lämpenisi spontaanisti.

Joseph Fourier huomautti vuonna 1817, että lämpösäteilyn on noudatettava sinimuotoista säteilylakia. Hänen osoituksensa siitä, että tämän lain hylkääminen johtaisi ikuisen liikkeen mahdollisuuden myöntämiseen, oli luultavasti ensimmäinen kerta, kun tällaista päättelyä käytettiin Galilein mekaniikan ulkopuolella. On huomattava, että Sadi Carnot käytti samaa päättelyä Réflexionsin toisessa osassa maksimitehokkuuslauseen kanssa.

Lue myös, elamakerrat – J. D. Salinger

Julkaisu

Teos, joka käsittää 118 sivua ja viisi kuviota, julkaistiin A-J-E Guiraudet Saint-Amén (X 1811) omakustanteena Bachelierin talon mainitsemana, ja sitä painettiin 600 kappaletta. Tyylin kiistattomasta selkeydestä huolimatta kirjoittajan esittämiä herkkiä päättelyjä on vaikea seurata, koska hän on tietoisesti luopunut algebrallisesta kielestä tekstissä ja jättänyt sen muutamiin alaviitteisiin. Jos kirjoittaja aikoo esitellä uusia käsitteitä, hän käyttää oman aikansa fyysikoiden sanastoa: laki, liikkuva voima eikä käytä termejä syklit, adiabaattinen tai palautuva muutos, vaikka hän vetoaa niiden tarkoittamiin käsitteisiin. Sisällön kannalta Sadi Carnot”n kirjassa on kätevää erottaa neljä osaa, ja vaikka tekstissä ei ole mitään jakoja, kirjoittaja noudattaa hyvin vakuuttavaa suunnitelmaa ja naamioi siirtymiä lyhyillä yhdyslauseilla ajan retoristen käytäntöjen mukaisesti.

Lue myös, mytologia-fi – Titanomakhia

Lämpö ja käyttövoima

Ensimmäinen osa sisältää filosofisen selvityksen lämpötieteiden kattamasta alasta täysin uudesta näkökulmasta: lämpö on liikkeellepaneva voima. Carnot ei kirjassaan käsittele lämmön luonnetta, hän ei ole kiinnostunut eri kappaleiden lämpenemisestä ja jäähtymisestä eikä olosuhteista, joissa lämpö siirtyy, kuten Joseph Fourier ja hänen seuraajansa. Hän ei myöskään ollut kiinnostunut lämmön kemiallisista ja fysiologisista vaikutuksista.

Hän oli kiinnostunut lämmöstä maapallolla tapahtuvien suurten luonnollisten liikkeiden, tuulijärjestelmän, merivirtojen… syynä; tässä suhteessa hän liioitteli sen merkitystä. Sadi Carnot oli kuitenkin tietoinen, ja hän näyttää olleen ensimmäinen, joka esitti tämän huomautuksen, että parhaiden ja tehokkaimpien höyrykoneiden hyötysuhde on naurettava verrattuna niihin valtaviin mekaanisiin vaikutuksiin, joita lämpö tuottaa luonnossa.

Sadi Carnot pystyy omaksumaan filosofisen näkemyksen, joka perustuu sekä höyrykoneiden toimintaa koskevaan tietämykseen että meteorologian tai geofysiikan asiantuntemukseen. Ajan oppikirjojen perusteella vaikuttaa epätodennäköiseltä, että kukaan muu insinööri tai fyysikko olisi kyennyt tähän: ensin mainittuja ei olisi kiinnostanut näin abstrakti yleistys, kun taas jälkimmäiset eivät olisi olleet erityisen kiinnostuneita käyttövoimasta. Ainoastaan lordi Rumford oli muutamaa vuotta aiemmin todennut, että aseiden tylsyydessä vapautuu merkittävästi lämpöä, ja päätellyt, että työ voidaan muuntaa lämmöksi ja että nämä kaksi käsitettä ovat peräisin samasta olemuksesta.

Tämä heijastusten alustava osa sisältää perusajatuksen, jonka mukaan kaikkialla, missä on lämpötilaero, on mahdollista tuottaa liikkeellepanevaa voimaa, ja tämä ajatus on keskeisessä asemassa termodynamiikassa. Ja sen seuraus on yhtä tärkeä: on mahdotonta tuottaa liikkeellepanevaa voimaa, jos ei ole sekä kylmää että kuumaa kehoa. Tätä voidaan pitää termodynamiikan toisen lain, joka tunnetaan myös nimellä Carnot”n periaate, ensimmäisenä toteamuksena, vaikka se onkin vielä epätarkassa muodossa.

On todennäköistä, että tuolloin Sadi Carnot”ta ohjasi ajatus, että tehokkaimmat hydrauliset koneet olivat niitä, jotka käyttivät suurinta vedenpinnan korkeutta: hän näki tässä analogian, jossa oli kaikki ne vivahteet, jotka tekevät eron tiukan samankaltaisuuden kanssa, tämän korkeuden ja lämpövoimakoneiden lämpötilaeron välillä. Jos Monthly Engine Reporter -lehdessä julkaistujen korkeapaineisten moottoreiden suorituskykyä koskevien tietojen tutkiminen ei kuitenkaan vahvistanut tätä päättelyä, hänen intuitionsa oli oikea.

Lue myös, historia-fi – Kalmarin unioni

Täydellisen moottorin ihanteellinen sykli

Toisessa osassa määritellään täydellinen moottori ja sen ihanteellinen toimintasykli. Tätä varten hän kuvittelee ihanteellisen koneen, jota kutsutaan yleisesti Carnot”n koneeksi ja joka voi helposti vaihtaa lämpöä vuorotellen kuuman ja kylmän kappaleen kanssa (kuva 6). Hänen tutkimuksessaan lämpövoimakone pelkistetään tiukasti olennaisiin osiinsa:

Carnot vahvistaa, että moottorin tekemä työ määräytyy kuuman ja kylmän kappaleen välisen lämpötilaeron eikä vaikuttavan aineen kokeman paine-eron perusteella. Vaikuttaa siltä, että hän on tämän tärkeän ajatuksen velkaa ystävilleen Clémentille ja Desormesille.

Ihanteellisessa kiertokulussa on seuraava ehto: sylinterissä toimiva aine ei saa koskaan olla kosketuksissa itseään kylmempään tai kuumempaan kappaleeseen, jotta lämpövirtaa ei syntyisi tarpeettomasti. On mielenkiintoista huomata, että tämä ehto vastaa niitä ehtoja, jotka hänen isänsä oli esittänyt hydraulisten koneiden enimmäistehokkuuden määrittämiseksi.

Kaikkien lämpötilan muutosten on oltava seurausta työstettävän aineen laajenemisesta tai puristumisesta. Aluksi korkeaan paineeseen puristettu työaine laajenee vapaasti: se työntää mäntää ja ottaa lämpöä kuumasta kappaleesta, jonka kanssa sylinteri on kosketuksissa (kuva 1). Tämän jälkeen sylinteri siirretään poispäin kuumasta kappaleesta, ja aine jatkaa adiabaattista laajenemistaan niin, että sen lämpötila laskee, kunnes se on sama kuin kylmän kappaleen lämpötila (kuva 2). Tämä syklin osa vastaa James Wattin koneen ”paisuntatoimintoa”, mutta nyt paisunnan päättymisen merkitsee kylmän kappaleen lämpötila eikä lauhduttimen paine. Tämän jälkeen sylinteri saatetaan kosketuksiin kylmän kappaleen kanssa, ja työstettävä aine puristetaan, jolloin lämpö ”poistuu” siitä (ja puristus jatkuu niin, että työstettävä aine kuumenee adiabaattisesti (kuva 4). Nettotuloksena oli ainoastaan lämmön siirtyminen kuumasta kappaleesta kylmään kappaleeseen ja ulkoisen työn tuottaminen; työstettävä aine palasi alkuperäiseen tilaansa eikä lämpöä mennyt hukkaan.

Lue myös, elamakerrat – Karl Liebknecht

Carnot”n syklin palautuvuus

Sadi Carnot huomauttaa, että sykli on täsmälleen käännettävissä: moottoria voidaan käyttää vastakkaiseen suuntaan, jolloin nettotuloksena olisi saman verran työtä kuin suorassa suunnassa käytettäessä ja saman lämpömäärän siirtyminen, mutta tässä tapauksessa kylmästä kappaleesta kuumaan kappaleeseen. Kierto on mahdollista kääntää, koska missään vaiheessa kiertoa ei ole tarpeetonta lämpövirtaa. Jos virtaus olisi tällainen, moottori ei olisi käännettävissä. Käännettävä moottori on se, joka antaa parhaan mahdollisen hyötysuhteen, ja Carnot päätteli ikuisen liikkeen mahdottomuuden vuoksi, että höyry on vähintään yhtä tyydyttävä kuin mikä tahansa muu vaikuttava aine. Kun hän väitti tämän olevan teoreettisesti totta, silloiset insinöörit pitivät sitä abstraktina vahvistuksena sille, mitä he olivat oppineet käytännössä.

Lue myös, elamakerrat – Anthony Caro

Sovellukset kaasufysiikkaan

Kolmannessa osassa Sadi Carnot osoittaa, että sillä, että kaikkien ihanteellisten lämpövoimakoneiden hyötysuhde on sama riippumatta siitä, mitä kaasua tai höyryä käytetään, on perustavanlaatuisia vaikutuksia kaasujen fysiikkaan. Carnot osoittaa, että kaikki kaasut, jotka laajenevat tai puristuvat yhdestä paineesta ja tilavuudesta toiseen paineeseen ja tilavuuteen vakiolämpötilassa, joko absorboivat tai luovuttavat saman määrän lämpöä. Hän pystyy myös päättelemään kaasujen ominaislämpöjen väliset suhteet eli ominaislämmön vakiopaineessa ja ominaislämmön vakiotilavuudessa. Alaviitteessä, jonka varhaiset kommentoijat eivät huomanneet, hän ehdottaa, että ihanteellisen lämpövoimakoneen hyötysuhde voisi olla absoluuttisen lämpötila-asteikon perusta.

Lue myös, elamakerrat – David Hockney

Ilmamoottorin intuitio

Kirjan loppuosassa Sadi Carnot toteaa, että korkeapaineisten höyrykoneiden paremmuus on kiistaton, koska ne hyödyntävät suurempaa lämpötilan pudotusta kuin matalapaineiset koneet. Carnot tunnustaa, että veden suuri etu höyryn lähteenä, sen valtava laajeneminen hyvin pienellä lämpötila-alueella, mahdollisti varhaisen höyrykoneen toteuttamisen. Hän tekee kuitenkin sen merkittävän johtopäätöksen, että tämä etu tekisi vedestä vähemmän sopivan tulevaisuuden lämpövoimakoneeseen. Paineen valtava nousu hyvin pienessä lämpötilan nousussa yli 100 °C:n tekee lähes mahdottomaksi toimia koko lämpötila-alueella hiilen palamisesta kylmän veden tiivistymiseen.

Tämän seurauksena Sadi Carnot ennusti, että kun voiteluun ja palamiseen liittyvät erilaiset tekniset ongelmat oli ratkaistu, tehokkain moottori olisi todennäköisesti ilmamoottori.

Lue myös, elamakerrat – Luigi Cadorna

Työn hyväksyminen

Työ sai hyvän vastaanoton, myös Académie des Sciences -akatemiassa, jossa tieteellisen lehden johtaja Pierre-Simon Girard esitteli Carnot”n työn 14. kesäkuuta 1824 pidetyssä istunnossa ja täydensi sitä 26. heinäkuuta kollegoilleen suullisesti analyyttisellä selostuksella. On selvää, että akatemialle muistelmien muodossa tehty esitys olisi epäilemättä lisännyt Sadi Carnot”n työn huomiota tiedeyhteisössä, ja julkaiseminen Recueil des Savants étrangers -julkaisussa olisi ollut luonnollinen jatko. Niinpä sen enempää Institut de Francen edustama ”suuri ranskalainen tiede” kuin kuuluisa École Polytechniquekään eivät todella reagoineet Carnot”n työn julkaisemiseen, koska ne eivät täysin ymmärtäneet sen merkitystä. Carnot, jolla ei ilmeisesti ollut minkäänlaista julkisuustajua, jätti lähettämättä kappaleen École des minesin ja École des ponts et chausséesin kirjastoihin ja riisti näin itseltään valikoidun yleisön, aivan kuten hän ei lähettänyt katsausta Annales de chimie et de physique -lehteen tai Annales des minesiin. Lisäksi on huomattava, että vaikka painosmäärä oli rajallinen, joitakin myymättömiä kappaleita löytyi leikkaamattomina.

Tekniikan puolelta vain akateemikko Pierre-Simon Girard antoi loistavan arvion. Kun Réflexions ilmestyi, insinöörit olivat jo oppineet kokemuksesta, että höyry oli vähintään yhtä hyvä kuin mikä tahansa muu tehoaine. Kun Carnot väitti tämän olevan teoreettisesti totta, sitä pidettiin vain abstraktina vahvistuksena.

Lisäksi hänen selityksensä korkeapainehöyrykoneiden paremmasta tehokkuudesta perustuivat Monthly Engine Reporter -lehdessä julkaistuihin tietoihin ja Humphrey Edwardsin Ranskassa rakentamien, korkeapainepaisuntatoiminnolla toimivien Woolf-moottoreiden suorituskykyyn. Nämä saavutukset liittyivät kuitenkin todennäköisesti enemmän yksityiskohtien parantamiseen kuin todelliseen termodynaamiseen etuun. Sadi Carnot ei siis ollut oikeassa vedotessaan korkeapaineisten höyrykoneiden ylivoimaisuuteen perustavanlaatuisten teorioidensa tueksi.

Lukuun ottamatta Nicolas Clément-Desormesia, joka 25. tammikuuta 1825 pitämässään luennossa suositteli kuulijoilleen kirjan lukemista, fyysikot ja muut tiedemiehet olivat epäilemättä hämmentyneitä höyrykoneen periaatteisiin perustuvasta perustavanlaatuisesta päättelystä.

Vasta vuonna 1834 Émile Clapeyron julkaisi École Polytechniquen lehdessä artikkelin, jossa hän osoitti, miten Sadi Carnot”n ajatukset voitiin ilmaista matemaattisesti ja samalla korostaa niiden selittävää arvoa, ja vasta kun sama kirjoittaja julkaisi Réflexionsin uudelleen ja täydensi sitä hänen kommenteillaan, Sadi Carnot alkoi vähitellen vaikuttaa tiedeyhteisöön.

Tämän kautta William Thomson tuli tietoiseksi Carnot”n työstä vuonna 1851. Thomson ja Rudolf Clausius vahvistivat vuodesta 1850 lähtien pitkässä artikkelisarjassaan energian (eikä enää lämmön) säilymisen periaatteen termodynamiikan perustaksi. Rudolf Clausiuksen panoksen tunnustamiseksi Carnot”n periaatteelle annettiin nimi Carnot-Clausius-periaate. Tämän periaatteen avulla on mahdollista määrittää lämpökoneen enimmäistehokkuus lämpö- ja kylmälähteiden lämpötilojen funktiona, joka vaihtelee 8-30 prosentin välillä koneiden rakenteesta riippuen.

Kysymys kuuluu: miksi Sadi Carnot ei julkaissut mitään Réflexionsin julkaisemisen ja kuolemansa välisenä kahdeksana vuotena? Vaikka selityksiä voidaan esittää useita, todennäköisin syy on se, että hän ei enää luottanut teorioihinsa eikä kyennyt perustamaan uutta lämpöteoriaa. Sadi Carnot kohtasi kalorian avulla yhden vaikeimmista epistemologisista esteistä, joka oli Gaston Bachelardille rakas: substantionalismin eli fysikaalisten ominaisuuksien yksitoikkoisen selittämisen aineen avulla.

Hänen kuolemanjälkeisistä kirjoituksistaan on säilynyt käsikirjoitus Recherche d”une formule propre à représenter la puissance motrice de la vapeur d”eau, joka on kirjoitettu marraskuun 1819 ja maaliskuun 1827 välisenä aikana, mutta luultavasti heijastusten jälkeen. Siinä hän hahmotteli termodynamiikan ensimmäisen lain ja yritti selventää työn ja lämmön välistä yhteyttä. Hippolyte Carnot julkaisi tämän muistion lopulta vuonna 1878, eli liian myöhään vaikuttaakseen tieteen kehitykseen, veljensä kunniaksi julkaistussa teoksessa, johon hän lisäsi ”Sadi Carnot”n elämäkerrallisen muistion”. Keväällä 1832 Sadi epäilemättä löysi ekvivalenssiperiaatteen ja otti lyhyin muistiinpanoin ylös pitkän muistion johtopäätökset, jotka Hippolyte lopulta tuhosi. Nämä muistiinpanot, jotka julkaistiin myös vuonna 1878, osoittavat, että hän oli tuolloin jo hylännyt kaloriteorian, joka oli vielä hänen vuoden 1824 esseessään ja josta hän oli ilmaissut epäilyksensä jo Pohdinnoissa. Näyttää siltä, että hän oli myöntänyt, että lämpö ei ole mitään muuta kuin liikkeellepanevaa voimaa (nykyään sanoisimme energiaa), ja hän ehdotti lämmön mekaanisen ekvivalentin numeerista arvoa 2 prosentin tarkkuudella, mikä oli kymmenen vuotta Julius Robert von Mayeria edellä ja ilmeisesti tieteellisesti tarkemmin määriteltynä.

Vahvistaakseen edistysaskeleensa hän oli suunnitellut yksityiskohtaisia kokeita, joita nykyään kutsuisimme Benjamin Thompsonin kokeiden kaltaisiksi vakioentalpiakokeiksi. Toisin kuin Thompson, hän aikoi kuitenkin mitata tehdyn työn ja tuotetun lämmön vaihtelemalla käytettyjä materiaaleja. Tässä mielessä hän toivoi kovasti, että hän löytäisi vakioisen mekaanisen lämpöekvivalentin, jonka arvo olisi sama kaikissa kokeissa. Hän suunnitteli myös mittauksia, joissa käytettiin kaasuja ja nesteitä lämmön mekaanisen ekvivalentin laskemiseksi.

On vaikea tietää, olisiko hän kyennyt suorittamaan nämä kokeet tyydyttävästi. Termodynamiikan historia oli vielä kesken, ennen kuin teoriaan päästiin, joten vaikeuksia, jotka hänen olisi pitänyt voittaa, on vaikea aliarvioida.

Olisi myös ollut tarpeen vakuuttaa erityisesti suuri joukko kemistejä ja kaikki ne, jotka tekivät sähköä koskevia tutkimuksia: kaikki olivat syvästi kiinni kaloriteoriassa. Vasta James Prescott Joule muotoili lopullisesti dynaamisen lämpöteorian. Seitsemän vuotta erotti hänen ensimmäisen julkaisunsa (1843) ja Rudolf Clausiuksen julkaisun, joka toi dynaamisen lämpöteorian (Joule) yhteen Sadi Carnot”n teorioiden kanssa.

Loppujen lopuksi on valitettavaa mutta valitettavan todennäköistä, että Sadi Carnot kuoli uskoen epäonnistuneensa, vaikka hän itse asiassa vain perusti laajan ja perustavanlaatuisen tieteenalan, termodynamiikan, jolla on monimutkaisia rakenteita ja joka yhdistää fysiikan, kemian, biologian ja jopa kosmologian.

Lue myös, elamakerrat – Edvard III

Lazare Carnot”n työn vaikutus hänen poikansa työhön.

Tieteenhistorioitsijalle herää useita kysymyksiä näiden kahden insinöörin töiden välisestä suhteesta:

Lue myös, elamakerrat – Frans II (Ranska)

Synteesityö

D.S.L. Cardwellin mielestä Sadi Carnot”n kirja, vaikka se on paljon vähemmän tunnettu kuin Kopernikuksen De revolutionibus orbium coelestium, on yhtä tärkeä modernin tieteen historiassa, koska se loi perustan täysin uudelle tieteenalalle: termodynamiikalle.

Carnot”n työssä on kuitenkin omaperäinen ulottuvuus. Kopernikus työskenteli selkeästi määritellyllä ja tunnustetulla tieteenalalla; hän saattoi luottaa kahden vuosituhannen aikana kertyneeseen pohdinta- ja havaintoperintöön (efemeridit). Sadi Carnot”n oli puolestaan yhdistettävä eri tieteenaloja ja tekniikoita. Tätä varten hänen oli valittava tutkittavat tiedot ja rakennettava teorioita käsitteistä, laeista ja periaatteista, jotka oli peräisin vielä erillisistä lämpö- ja mekaniikkatieteistä, vielä kehittymässä olevista tekniikoista, kuten höyrystä, tai jo vakiintuneemmista tekniikoista, kuten hydrauliikasta, mutta jotka eivät myöskään olleet vielä yhteydessä toisiinsa. Lisäksi hän yksin näki vuonna 1824, että tätä uutta tiedettä tarvittiin sekä sen käytännön sovellusten että perustavanlaatuisempien syiden vuoksi.

Lue myös, elamakerrat – Kasimir Jagiellon

Karnevaalivallankumous

Yleisemmällä tasolla Sadi Carnot”n työ merkitsi alkua sille, mitä Jacques Grinevald kutsuu Carnot”n vallankumoukseksi, joka johti siirtymiseen lämpöteolliseen yhteiskuntaan, jossa käytetään massiivisesti fossiilista energiaa (hiiltä ja myöhemmin öljyä). Tästä lähtien tulen voima mahdollisti uuden, moottorin ympärille rakennetun koneen syntymisen, mikä merkitsi kahtiajakautumista työkalun historiassa. Se mahdollistaa ihmisen, eläimen ja tavanomaisten luonnonelementtien, kuten tuulen ja veden, liikkeellepanevan voiman häätämisen ja antaa merkityksen vanhoille kollektiivisille esityksille elävistä olennoista Hephaistoksesta Hadalyn sähköiseen aaveeseen. Samaan aikaan tämä tulipalon liikkeellepaneva voima muuttaa teknologian ja välittömän maantieteellisen ympäristön välistä ikiaikaista yhteyttä verkkojen ja virtojen ennennäkemättömän kehittymisen ja laitteiden maantieteellisen keskittymisen myötä, mikä on mahdollista tämän voiman hajauttamisen myötä.

Lue myös, elamakerrat – Paul Walker

Arviointi ja jälkiseuraukset

Sadi Carnot löysi kaksi lakia, joihin koko energiatiede perustuu, huolimatta ylitsepääsemättömiltä tuntuvista esteistä. Hän osoitti intuitionsa poikkeuksellisen voiman esittämällä lainalaisuutensa silloin, kun tosiasioita ei ollut riittävästi, niiden tarkkuus oli karkea ja erityisesti silloin, kun syntymässä olevan tieteen edistymistä jarrutti virheellinen teoria tuhoutumattomasta kalorista.

Hän päätteli intuitiivisesti, että höyrykone muistuttaa vanhaa vesimyllyä, joka tuottaa energiaa pudottamalla vettä korkealta tasolta alemmalle tasolle, että se tuottaa energiaa pudottamalla lämpöä kattilan korkeasta lämpötilasta lauhduttimen matalampaan lämpötilaan. Hänen mielestään tämä lämpötilaero oli selvä ilmiö, mutta lämmön väheneminen itsessään oli paljon vähemmän selvä, ja hän varoi laissaan antamasta lämpötilan laskulle keskeistä roolia. Nykyään sanoisimme, että hän arveli, että lämpöä muodostavan energian ja lämmön, joka putoaa kuin vesi myllystä, välillä oli ero. Tiedämme, että hänen kirjansa jälkeen kesti 40 vuotta määritellä entropia lämpömäärästä myllyveden ekvivalenttina, ja ihailemme sitä, että hän vältteli tätä hankalaa ongelmaa ja lopulta hylkäsi ensin kaloriteorian.

Yleismaailmallisen laajuutensa ansiosta hänen työnsä on luultavasti ainutlaatuinen modernin tieteen historiassa, ja tässä mielessä Nicolas Léonard Sadi Carnot oli varmasti yksi syvällisimmistä ja omaperäisimmistä ajattelijoista, joita sivilisaatiomme on tuottanut.

Joillekin hän jää ”tieteen historian meteoriksi”, ainutlaatuiseksi hahmoksi, jolle ”paperilla, kynällä ja mielellä uuden tieteen perustan luominen on ihailtavaa”. ”Suurmiesten kuolema jättää yhtä paljon katumusta kuin uusia toiveita.

Vuonna 1970 Kansainvälinen tähtitieteellinen liitto nimesi Kuun kraatterin Carnot”n ranskalaisen fyysikon mukaan ja myöhemmin asteroidin (12289) Carnot”ksi.

Hänen mukaansa on nimetty Carnot”n menetelmä, exergian jakomenetelmä, jolla arvioidaan yhteistuotantotuotteita ja lasketaan lämmöntuoton fyysinen arvo.

Vuonna 2006 Ranskassa perustettiin Carnot-merkki, jonka tarkoituksena on kehittää julkisen tutkimuksen ja sosioekonomisten toimijoiden välistä rajapintaa vastauksena niiden tarpeisiin: tämä kunnianosoitus on osoitus siitä, mitä Sadi Carnot toi perusfysiikkaan tutkimalla hyvin soveltavaa kysymystä.

Lue myös, elamakerrat – Charles Albert Gobat

Ulkoiset linkit

lähteet

1. Sadi Carnot (physicien)
2. Sadi Carnot
3. Sadi est le seul prénom mentionné pour l’état civil, Nicolas et Léonard étant des prénoms de baptême.
4. Bachelard 1993.
5. a b c et d Ouvrir la « page d’accueil de la bibliothèque centrale de l”École polytechnique », sur polytechnique.edu, Palaiseau (consulté le 21 janvier 2022). Sélectionner l’onglet « Catalogues », puis cliquer sur la ligne « La famille polytechnicienne : les registres matricules antérieurs à 75 ans à compter de la date de clôture du registre (classement de sortie)… » ; effectuer une recherche sur « Sadi Carnot », choisir la ligne « Carnot, Nicolas Léonard Sadi (X 1812 ; 1796-1832) » ; sélectionner le format « Fiche matricule » ; cette notice complète fournit notamment les informations suivantes : « État civil : naissance le 1er juin 1796 au palais du Luxembourg à Paris ; père : Lazare Nicolas Marguerite, membre de l”Institut ; mère : Dupont, Marie Jacqueline Sophie Josephe ; Scolarité : rang d’entrée à l’École polytechnique : 24e ; rang à la fin de la 1re année en 1813 : 20e ; rang de sortie en 1814 : 10e ; rang [d”admission] dans le corps du génie : 5e en 1814 ; prend part à la défense de Paris en 1814 ; mort le 24 août 1832 à Ivry-sur-Seine ; franc-maçon ».
6. « Bonaparte et les prénoms », sur www.lhistoire.fr, L”Histoire, novembre 2018 (consulté le 21 mars 2022)
7. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s et t D. S. L. Cardwell in LA RECHERCHE en histoire des sciences p. 217-240.
8. ^ (US) M. Hippolyte Carnot, Life of Sadi Carnot , Second revised edition, John Wiley & Sons, 1897
9. ^ (FR) Autori vari, Sadi Carnot et l”essor de la thermodynamique, CNRS Éditions 1 Septembre 1998 ISBN 2-222-01818-8
10. ^ 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}} .
11. ^ Con l”equazione di Poisson per le trasformazioni adiabatiche, ricavate partendo dalla teoria del suono, si ha che: T 1 V 1 γ − 1 = T 2 V 2 γ − 1 {displaystyle T_{1}V_{1}^{gamma -1}=T_{2}V_{2}^{gamma -1}} dove γ = 7 5 {displaystyle gamma ={7 over 5}} per un gas biatomico come l”aria. Sostituendo a T 1 = 0 {displaystyle T_{1}=0} °C = 267 {displaystyle =267} K ed a T 2 = T 1 + 1 {displaystyle T_{2}=T_{1}+1} = 268 {displaystyle =268} K si ricava che: V 2 = ( 267 268 ) 5 2 ⋅ V 1 ⟶ ( 267 268 ) 5 2 = 0 , 99609 {displaystyle V_{2}=({267 over 268})^{5 over 2}cdot V_{1}longrightarrow ({267 over 268})^{5 over 2}=0,99609} Si trova dunque che il rapporto fra il volume finale e quello iniziale, affinché il gas aumenti di temperatura di 1 K, è 0,99609. Carnot aveva ottenuto il valore 115 116 = 0 , 99137 {displaystyle {115 over 116}=0,99137} (al tempo di Carnot si considerava 0 °C = 267 K anziché 273 K)
12. ^ In realtà oggi sappiamo che quest”affermazione è scorretta poiché si è dimostrato che il calore specifico dipende unicamente dai gradi di libertà del gas liberato.
13. ^ Bachelard, Gaston. The Formation of the Scientific Mind.
14. 2,0 2,1 MacTutor History of Mathematics archive. Ανακτήθηκε στις 22  Αυγούστου 2017.
15. Sadi Carnot et l”esor de la thermodynamique, CNRS Éditions
16. Thomass, T (2003). «Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832)» (PDF). Université de Technologie de Compiègne. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 15 Φεβρουαρίου 2017. Ανακτήθηκε στις 26 Ιανουαρίου 2019.
17. Chisholm 1911.