Τρίτη, 1 Ιουνίου 2021

Σαν σήμερα... 1796, γεννήθηκε ο Γάλλος μηχανικός και φυσικός Sadi Carnot.

Nicolas Léonard Sadi Carnot

Σαν σήμερα, στις 1 Ιουνίου 1796, γεννήθηκε στο Παρίσι ο στρατιωτικός μηχανικός και φυσικός  Nicolas Léonard Sadi Carnotπου συχνά αναφέρεται ως "ο πατέρας της Θερμοδυναμικής". Η γέννηση του Carnot έγινε στο Μέγαρο Palais du Petit-Luxembourg που τότε ήταν η κατοικία του Προέδρου του Γαλλικού Κοινοβουλίου.

Πατέρας του ήταν ο Lazare Carnot, μαθηματικός, στρατιωτικός μηχανικός και μέλος του Διευθυντηρίου (Κυβέρνησης) της Γαλλικής Επανάστασης. Ο πατέρας επέλεξε για το γιο του το όνομα Sadi (με το οποίο θα γινόταν γνωστός) από τον Πέρση ποιητή Saαdi of Shiraz. Νεότερος αδελφός του Sadi ήταν ο μετέπειτα φιλόσοφος και πολιτικός Hippolyte Carnot. Ήταν θείος του μετέπειτα Προέδρου της Γαλλίας (1887 - 1894) Marie François Sadi Carnot που δολοφονήθηκε από τον Ιταλό αναρχικό Sante Geronimo Caserio κι επίσης θείος του Marie Adolphe Carnot, χημικού και πολιτικού. 

Ο πατέρας του Sadi, Lazare Carnot.

Ο Sadi Carnot γεννήθηκε σε μια εποχή μεγάλης πολιτικής ρευστότητας, που λόγω της θέσης του πατέρα του θα έφερνε στην οικογένεια πολλά σκαμπανεβάσματα. 
Το 1807 ο πατέρας του παραιτήθηκε απ' όλα τα αξιώματα για ν' αφοσιωθεί στην εκπαίδευση των δύο γιων του. Στο πρόσωπο του πατέρα του ο Sadi βρήκε έναν εξαιρετικό καθηγητή που τον δίδαξε μαθηματικά, φυσική, χημεία, αλλά ακόμη γλώσσες και μουσική. 
Έχοντας παρουσιάσει ο Sadi μεγάλη πρόοδο με την καθοδήγηση του πατέρα του, στη συνέχεια στάλθηκε στο Λύκειο Charlemagne στο Παρίσι, να προετοιμαστεί για τις εξετάσεις της École Polytechnique. Το 1812, σε ηλικία μόλις 16 ετών (τη μικρότερη ηλικία που μπορούσε να γίνει δεκτός) πέρασε την πόρτα της École Polytechnique για να συναντήσει ως καθηγητές του προσωπικότητες της επιστήμης, όπως ο Poisson, ο Ampère και ο Arago. Το 1814 αποφοίτησε από τη σχολή, αλλά πριν γίνει αυτό, ο Carnot με τους συμφοιτητές του είχαν προλάβει να πολεμήσουν και να ηττηθούν στο πλευρό του Ναπολέοντα, υπερασπιζόμενοι την Vincennes (Βενσέν), στα ανατολικά του Παρισιού, ενάντια στους  Συμμάχους.      

Το εξώφυλλο του μοναδικού έργου 
που δημοσίευσε ο Carnot το 1824.

Μετά την αποφοίτησή του, ο Carnot γράφτηκε για τα επόμενα δύο χρόνια στην École du Génie  στο Metz προκειμένου να γίνει στρατιωτικός μηχανικός. Το 1815, με την επιστροφή του Ναπολέοντα από την εξορία, ο πατέρας Carnot ανέλαβε υπουργός Eσωτερικών και η θέση του γιου του στην στρατιωτική ακαδημία έγινε μάλλον "λεπτή". Τον Οκτώβριο του 1815, μετά την πτώση του Ναπολέοντα, ο πατέρας Carnot εξορίστηκε και πήγε στη Γερμανία, απ' όπου δεν ξαναγύρισε στη Γαλλία και η στρατιωτική καριέρα του Sadi δεν έδειχνε να έχει καλή προοπτική. 
Μετακινούμενος από τόπο σε τόπο αγνοήθηκε, ενώ οι εργασίες που του δίνονταν δεν ταίριαζαν με το αντικείμενο των σπουδών του. 
Το 1819 πέρασε τις εξετάσεις για να ενταχθεί στο πρόσφατα σχηματισμένο Σώμα του Γενικού Επιτελείου. Επειδή στρατιωτικά ήταν παραγκωνισμένος και δεν ήλπιζε σε κάποια βελτίωση, πήρε άδεια με μειωμένη αμοιβή (τα δύο τρίτα του μισθού του) κι εγκαταστάθηκε στο Παρίσι.
Στο Παρίσι, ο Carnot ξεκίνησε να παρακολουθεί μαθήματα φυσικής και χημείας σε διάφορα Ινστιτούτα, όπως στη Σορβόνη και στο Collège de France κι έγινε φίλος με τον Charles-Bernard Desormes και τον γαμπρό του Nicolas Clément. Αυτή την εποχή, έχοντας αρχίσει να δείχνει ενδιαφέρον για βιομηχανικά προβλήματα, ξεκίνησε τη μελέτη της θεωρίας των αερίων.  

Ο θερμοδυναμικός κύκλος του Carnot.

Το 1821 επισκέφτηκε στο Μαγδεμβούργο της Γερμανίας τον εξορισμένο πατέρα του και τον αδελφό του Hippolyte που ζούσε μαζί του. Είναι σίγουρο ότι στο Μαγδεμβούργο συζήτησε με τον πατέρα του για τις ατμομηχανές, γιατί η πρώτη ατμομηχανή είχε φτάσει πριν τρία χρόνια στο Μαγδεμβούργο και ο πατέρας του είχε δείξει ενδιαφέρον γι' αυτή. 
Επιστρέφοντας ο Sadi στο Παρίσι, ξεκίνησε τη δουλειά του πάνω στη θεωρητική μελέτη των μηχανών, βάζοντας τις βάσεις για τη θεμελίωση της μοντέρνας θεωρίας της θερμοδυναμικής.

Η πρώτη από τις εργασίες του Carnot γράφτηκε το 1822-23 και σ' αυτήν προσπάθησε να βρει μια μαθηματική έκφραση για το παραγόμενο έργο από ένα χιλιόγραμμο ατμού. Η εργασία είναι παρόμοια στους στόχους και στις μεθόδους της με αρκετές άλλες εργασίες που εμφανίστηκαν περίπου εκείνη την εποχή από τους Jean Pierre Hachette, Claude Henri Navier και Alexis Petit
Όμως: "Το έργο του Carnot διακρίνεται για την προσεκτική, σαφή ανάλυση των μονάδων και των εννοιών που χρησιμοποιούνται και για τη χρήση από αυτόν τόσο του αδιαβατικού σταδίου εργασίας όσο και του ισοθερμικού σταδίου με τα οποία ασχολείται το πόνημα."
Η εργασία αυτή γι' άγνωστο λόγο δεν δημοσιεύθηκε, παρά το γεγονός ότι ήταν έτοιμη και βρέθηκε μόλις το 1966.

Μετά το θάνατο του πατέρα τους (1823), ο Hippolyte Carnot επέστρεψε στο Παρίσι και βοήθησε τον αδελφό του να γράψει το μοναδικό βιβλίο του για τις θερμικές μηχανές, μ' έναν περισσότερο  κατανοητό τρόπο για το ευρύ κοινό. 

Το εξώφυλλο του μοναδικού βιβλίου του
Carnot, σε αγγλική έκδοση του 2005
(εκδότης Dover Publications, 192 σελ.)

Στις 12 Ιουνίου 1824 εκδόθηκε το βιβλίο του Carnot με τίτλο "Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance" ("Συλλογισμοί πάνω στην κινητήρια δύναμη/ισχύ της φωτιάς και πάνω στις κατάλληλες μηχανές για να αναπτυχθεί αυτή η δύναμη/ισχύς"). 

Ένα μικρό απόσπασμα από το βιβλίο:
"Η φύση μάς έχει δώσει τη δυνατότητα να παράγουμε ανά πάσα στιγμή και σε οποιοδήποτε μέρος, από ένα κινητήρα τη θερμότητα και την ισχύ που μπορεί να προσφέρει. Ο σκοπός των πυροσβεστικών μηχανών είναι να αναπτύξουν αυτή την ισχύ, να την προσαρμόσουν στις ανάγκες μας. Η μελέτη τέτοιων μηχανών παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον, η σημασία τους είναι τεράστια, η χρήση τους αυξάνεται καθημερινά. Φαίνεται ότι προορίζονται να δημιουργήσουν μια μεγάλη επανάσταση στον πολιτισμένο κόσμο [...]. Φαίνεται ότι μια μέρα [ο ατμός] θα χρησιμεύσει ως μια παγκόσμια μηχανή που θα υπερισχύσει της αντοχής των ζώων, των καταρρακτών και των ρευμάτων αέρα."

Μέσα σ' αυτό το βιβλίο των 118 σελίδων περιέχεται η περιγραφή του "κύκλου Carnot".
Όμως, το βιβλίο έγινε γνωστό μόνον όταν το 1834 ο Émile Clapeyron έκανε μια αναλυτική αναδιατύπωση. Το 1848 και 1849 ο William Thomson (Lord Kelvin) και αργότερα ο Rudolf Clausius  αναγνώρισαν το σημαντικό έργο του Carnot και ενσωμάτωσαν τις ιδέες του στις θερμοδυναμικές θεωρίες που πρότειναν. 
Το 1890 ο Αμερικανός Robert Henry Thurston μετέφρασε για πρώτη φορά στα αγγλικά το βιβλίο του Carnot. Η πιο πρόσφατη έκδοση στα αγγλικά έγινε το 2005 από τις Εκδόσεις Dover.
Ο Rudolf Diesel επίσης  στηρίχτηκε στις θεωρίες του Carnot όταν σχεδίασε τη μηχανή ντίζελ το 1893.
Η "αρχή του Carnot" είναι θεμελιώδης στη θεωρία της Θερμοδυναμικής.

Ο Carnot σε ηλικία 17 ετών (1813) με την παραδοσιακή στολή
ως σπουδαστής της Πολυτεχνικής Σχολής του Παρισιού. 

Το 1827 ο Carnot ανέλαβε πλήρη καθήκοντα στο Σώμα του Γενικού Επιτελείου και για ένα χρόνο δούλεψε ως στρατιωτικός μηχανικός στη Lyon και στην Auxonne.
Επειδή δεν ήταν ικανοποιημένος με την καριέρα του, παραιτήθηκε το 1828 από το στρατό δίχως σύνταξη, επέστρεψε στο Παρίσι και συνέχισε την έρευνά του στη θεωρία της θερμότητας. 
Μετά την Επανάσταση του Ιουλίου 1830, ικανοποιημένος με το δημοκρατικό πολιτικό καθεστώς της Γαλλίας, αποφάσισε ν' ασχοληθεί με τη δημόσια ζωή της πατρίδας του και ειδικότερα με την δημόσια εκπαίδευση. Του προσφέρθηκε κυβερνητική θέση που όμως αρνήθηκε. Λίγο αργότερα, μετά την επαναφορά της Μοναρχίας, αποσύρθηκε από την πολιτική κι επέστρεψε στο επιστημονικό του έργο.

Τον Ιούνιο του 1832 κι ενώ νοσηλευόταν σ' ένα ιδιωτικό άσυλο πάσχοντας από "μανία" και "γενικό τρέμουλο", το Παρίσι χτυπήθηκε από επιδημία χολέρας.
Στις 24 Αυγούστου του ίδιου χρόνου, ο Sadi Carnot πέθανε στο Παρίσι, στο νοσοκομείο του Ivry-sur-Seine, μία ημέρα μετά την προσβολή του από χολέρα. Ήταν μόλις 36 ετών.  Λόγω της χολέρας, πολλά από τα γραπτά του αλλά και αντικείμενα που είχε, κάηκαν με τη σορό του, μετά το θάνατό του. Έτσι, ένα πολύ μικρό μέρος των πολύτιμων σημειώσεων που είχε κρατήσει από τα πειράματά του, διασώθηκαν.     

Ένα διάγραμμα που παριστάνει τον κύκλο Carnot.

Ας δούμε τι είναι η "μηχανή του Carnot". 
Eίναι μια θεωρητική «κατασκευή» στη θερμοδυναμική (δηλαδή στην πραγματικότητα δεν έχει κατασκευαστεί μια τέτοια μηχανή, είναι ιδεατή μηχανή), μια θερμική μηχανή που έχει τη μέγιστη δυνατή απόδοση μεταξύ των μηχανών που θα μπορούσαν να λειτουργούν ανάμεσα στις ίδιες  θερμοκρασίες T(υψηλότερη) και T(χαμηλότερη). Η μηχανή εκτελεί μια κυκλική αντιστρεπτή μεταβολή που ονομάζεται "κύκλος του Καρνό". Η απόδοση της μηχανής σε αυτό τον κύκλο είναι το ανώτερο θεωρητικό όριο, η μέγιστη δυνατή απόδοση που θα μπορούσε να επιτευχθεί. Η λειτουργία της μηχανής αποτελείται από τέσσερις μεταβολές, δύο ισόθερμες και δύο αδιαβατικές, που εκτελούνται μεταξύ μιας θερμής δεξαμενής με θερμοκρασία Th και μιας ψυχρής δεξαμενής με θερμοκρασία T.

Ο κύκλος του Carnot σε διαφάνεια από σχετική ανάρτηση ppt.

Είναι γεγονός ότι στη διάρκεια της ζωής του Carnot δεν αναγνωρίστηκε το μέγεθος του έργου που πρόσφερε και γι' αυτό, ίσως να ευθυνόταν και ο χαρακτήρας του. Οι φίλοι του τον περιέγραφαν ως μοναχικό, σχεδόν σιωπηλό, αλλά ασυγκράτητα περίεργο για την επιστήμη και τις τεχνικές διαδικασίες.
Το ένα και μοναδικό βιβλίο του παρουσιάστηκε στην Académie des Sciences στο Παρίσι από τον Pierre Girard, στις 26 Ιουλίου 1824, δηλαδή μόλις ενάμιση μήνα μετά την έκδοσή του. Η κριτική του Pierre Girard ήταν πολύ θετική και δημοσιεύθηκε στην Revue encyclopédique. Ίσως, ο λόγος της αγνόησης της εργασίας να ήταν ο μη σχολιασμός του αρχικού σκεπτικού που είχε χρησιμοποιήσει ο Carnot για να επιτύχει τα αποτελέσματά του.
Όμως, η πολλαπλή επιστημονική συνεισφορά του Sadi Carnot (μηχανή θερμότητας Carnot, θεώρημα Carnot, απόδοση μηχανής Carnot κλπ), όχι άδικα του έχουν δώσει τον τίτλο  του "πατέρα της Θερμοδυναμικής".
  • Βίντεο με τον Γάλλο φιλόσοφο Michel Serres να μιλά για τον Sadi Carnot και την εποχή του (γαλλικά, 14:54).
  • Γιορτασμός για τη "Νύχτα Σχολείων" στο σχολείο SADI CARNOT στο Pantin. 

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου