Rudolf Clausius: βιογραφία και συνεισφορές αυτού του Γερμανού φυσικού και μαθηματικού

Θεωρούμενος ένας από τους ιδρυτές της θερμοδυναμικής, ο Rudolf Clausius είναι ένας από τους κορυφαίες μορφές όχι μόνο στη γερμανική φυσική του 19ου αιώνα, αλλά και στην ευρωπαϊκή επιστήμη της αιώνα του.

Πολύ επιδέξιος τόσο στη φυσική όσο και στα μαθηματικά, αποτέλεσε παράδειγμα προς μίμηση από άλλους επιστήμονες όπως ο Σκωτσέζος Τζέιμς Μάξγουελ, ένας από τους μελετητές της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας.

Παρακάτω θα βρείτε ένα βιογραφία του Rudolf Clausius στο οποίο θα δούμε ποιες ήταν οι κύριες συνεισφορές του στον τομέα της φυσικής.

• Σχετικό άρθρο: «Οι 10 κλάδοι της Φυσικής και τα γνωστικά τους πεδία»

Σύντομη βιογραφία του Rudolf Clausius

Ο Ρούντολφ Κλαούσιους ήταν Γερμανός φυσικός και μαθηματικός γνωστός ως ένας από τους ιδρυτές της θερμοδυναμικής, όντας αυτός που διατύπωσε τον δεύτερο από τους νόμους που συνθέτουν αυτές τις αρχές.. Αυτός, μαζί με άλλες επιφανείς προσωπικότητες όπως οι Βρετανοί φυσικοί William Thomson, Lord Kelvin και James Joule, ανέπτυξαν αυτούς τους νόμους. φυσική, όντας ο Γάλλος φυσικός Nicolas Léonard Sadi Carnot που πιστώνεται ότι έθεσε τον πρώτο από τους νόμους του θερμοδυναμική.

Οι πιο σχετικές μελέτες του Rudolf Clausius ασχολήθηκαν με την επίδραση της θερμότητας σε διαφορετικά ρευστά και υλικά, αυξάνοντας την κινητική θεωρία στη συμπεριφορά των ατόμων και των μορίων.

Γέννηση και πρώιμα χρόνια

Ο Rudolph Julius Emmanuel Clausius γεννήθηκε στις 2 Ιανουαρίου 1822 στο Köslin της Πρωσίας, σημερινό Koszalin της Πολωνίας.. Ο πατέρας του ήταν προτεστάντης και διηύθυνε ένα μικρό σχολείο όπου ο νεαρός Ρούντολφ Κλαούσιους θα φοιτούσε στα πρώτα του χρόνια.

Αργότερα μπήκε στο γυμνάσιο (γερμανικό λύκειο) στην πόλη Stettin, τώρα Szczecin της Πολωνίας, όπου θα συνέχιζε την εκπαίδευσή του.

πανεπιστημιακή εκπαίδευση

Το 1840 μπήκε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου. Εκεί άρχισε να παρακολουθεί μαθήματα ιστορίας, αλλά σύντομα άλλαξε αυτό το αντικείμενο στην επιστήμη και είχε ως δασκάλους τον φυσικό Georg Simon Ohm και τον μαθηματικό Richard Dedekind.

Μελετώντας μαθηματικά και φυσική, ο Clausius ανακάλυψε ότι ήταν κλάδοι γνώσης που τους δόθηκαν ιδιαίτερα καλά, που τους έκανε σίγουρα επάγγελμά του όταν τελείωσε τις σπουδές του στο Βερολίνο 1844.

Αργότερα ο Κλαούσιους σπούδασε στο Πανεπιστήμιο του Halle, αποκτώντας εκεί διδακτορικό στη φυσική το 1847 χάρη στην εργασία του για τα οπτικά φαινόμενα που συμβαίνουν στον πλανήτη Γη ως συνέπεια της ύπαρξης της ατμόσφαιρας. Αν και αυτό το έργο παρουσίαζε κάποια λάθη ως προς την προσέγγιση, βοήθησε τον Clausius να το δείξει αυτό Είχε μεγάλα χαρίσματα στα μαθηματικά και τη φυσική, κάνοντας τον εαυτό του φήμη στην επιστημονική κοινότητα Γερμανός.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: «Οι 5 εποχές της Ιστορίας (και τα χαρακτηριστικά τους)»

Πρώτες επιστημονικές έρευνες

Τα πρώτα πειραματικά εγχειρήματα του Rudolf Clausius ξεκίνησαν το 1849 με τη μελέτη των νόμων που διέπουν τις σχέσεις μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας. Ακολούθως θα ήταν αφιερωμένο στη μελέτη διαφορετικών ουσιών και σε ποια θερμοκρασία χρειάζονται για να βράσουν, σχεδιάζοντας τις πρώτες καμπύλες βρασμού.

Η ζωή του θα αρχίσει να αποκτά ιδιαίτερη σημασία στον επιστημονικό τομέα της χώρας του από το 1850, όταν απέκτησε θέση καθηγητής φυσικής στη Βασιλική Σχολή Μηχανικών και Πυροβολικού στο Βερολίνο, όπου θα παραμείνει μέχρι το 1855. Εκτός από αυτή τη θέση, ο Ρούντολφ Κλαούσιους υπηρέτησε επίσης στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου ως ιδιωτικός παιδαγωγός, καθηγητής που μπορούσε διδάσκει στο πανεπιστήμιο αλλά ότι οι αμοιβές του πληρώνονταν απευθείας από τους μαθητές του και όχι από τους ίδρυμα.

Το αποκορύφωμα αυτής της περιόδου στη ζωή του Rudolf Clausius ήταν η δημοσίευση το 1850 αυτού που θα ήταν το πιο σημαντικό έργο του: «Σχετικά με τις δυνάμεις της κίνησης που προκαλούνται από τη θερμότητα".

• Σχετικό άρθρο: "Hermann von Helmholtz: βιογραφία αυτού του Γερμανού γιατρού και φυσικού"

Ανάπτυξη της κινητικής θεωρίας

Το 1855 ο Clausius εγκατέλειψε τη Γερμανία και απέκτησε θέση καθηγητή στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης. Δύο χρόνια αργότερα επικεντρώθηκε στη μελέτη στον τομέα της κινητικής θεωρίας, πειραματίστηκε αυτή τη στιγμή με την έννοια της "ελεύθερης μέσης διαδρομής ενός σωματιδίου", όρος που αναφέρεται στην απόσταση μεταξύ δύο συναντήσεων, η μία μετά την άλλη, των μορίων που συνθέτουν ένα αέριο. Αυτή η συμβολή του Clausius θα ήταν πολύ σχετική με τον τομέα της φυσικής της εποχής του.

Ο Ρούντολφ Κλαούσιους θα παρέμενε στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας για αρκετά χρόνια, όπου θα δίδασκε μαθήματα φυσικής. Θα άλλαζε θέση το 1867, μετακομίζοντας στο Βίρτσμπουργκ, όπου θα δούλευε επίσης ως δάσκαλος μέχρι το 1869 και αποκτώντας μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου το 1868, γιατί η φήμη του και οι έρευνές του ήταν ήδη γνωστές σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Θα πήγαινε στο Πανεπιστήμιο της Βόννης για να διδάξει μαθήματα φυσικής, ένα ίδρυμα όπου θα εργαζόταν για το υπόλοιπο της ζωής του.

Δουλεύοντας ακριβώς στη Βόννη, όταν σε ηλικία 50 ετών ξέσπασε ο Γαλλοπρωσικός πόλεμος (1870-1871). Κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης οργάνωσε, μαζί με αρκετούς μαθητές του, ένα εθελοντικό σώμα ασθενοφόρων. Ως αποτέλεσμα της εμπλοκής του στον πόλεμο, ο Clausius υπέστη τραυματισμό στο πόδι, που του προκάλεσε μεγάλη ενόχληση για το υπόλοιπο της ζωής του. Ωστόσο, ο τραυματισμός του έφερε αναγνώριση στη γερμανική κοινωνία και, χάρη στην ηρωική του δράση, ο Ρούντολφ Κλαούσιους έλαβε τον Σιδηρούν Σταυρό.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Niels Bohr: βιογραφία και συνεισφορές αυτού του Δανού φυσικού"

Τελευταία χρόνια και θάνατος

Τα τελευταία χρόνια της ζωής του ο Ρούντολφ Κλαούσιους αφιερώθηκε στα παιδιά του και άφησε λίγο στην άκρη την έρευνα. Επιπλέον, με το τραύμα του πολέμου που υπέστη κατά τη διάρκεια του πολέμου, δεν μπορούσε να κινηθεί εύκολα, με αποτέλεσμα να προτιμά να μείνει στη Βόννη παρά να ταξιδέψει όσο στα νιάτα του. Παρόλα αυτά, ο Clausius συνέχισε να διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της Βόννης μέχρι το θάνατό του.

Ρούντολφ Κλαούσιους πέθανε στις 24 Αυγούστου 1888 στη Βόννη της Γερμανίας σε ηλικία 66 ετών. Η πρώτη του σύζυγος, Adelheid Rimpau, είχε πεθάνει το 1875, αφήνοντάς τον στη φροντίδα των έξι παιδιών τους, και ο Clausius ξαναπαντρεύτηκε το 1886, αυτή τη φορά με τη Sophie Stack με την οποία απέκτησε έναν γιο.

Ευχαριστίες σε αυτόν τον φυσικό και μαθηματικό

Το 1870 ο Rudolf Clausius τιμήθηκε με το μετάλλιο Huygens και, το 1879, έλαβε το μετάλλιο Copley, αναγνώριση που δόθηκε από τη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου σε όσους έχουν κάνει σημαντικές συνεισφορές στον τομέα της βιολογίας ή της φυσικής.

Το έτος 1878 διορίστηκε μέλος της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών και, το 1882, του ανακηρύχθηκε επίτιμος διδάκτορας από το Πανεπιστήμιο του Würzburg. Το 1883 έλαβε το βραβείο Poncelet, που απονέμεται από τη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών σε όλους τους επιστήμονες που έχουν συνεισφέρει σημαντικά στην επιστήμη γενικότερα. Ο Ρούντολφ Κλαούσιους συνέχισε να λαμβάνει διακρίσεις πολύ μετά τον θάνατό του. Το 1935 ένας κρατήρας στη Σελήνη πήρε το όνομά του από το επίθετό του: κρατήρας Clausius.

Επιστημονικές συνεισφορές του Rudolf Clausius

Υπάρχουν αρκετές συνεισφορές που έκανε ο Rudolf Clausius στη φυσική. Στη συνέχεια θα δούμε ποιες είναι οι πιο αξιόλογες πτυχές των ανακαλύψεων και των θεωριών του.

Κινητική θεωρία αερίων

Το 1857 δημοσίευσε την πρώτη ολοκληρωμένη θεωρία για την κινητική θεωρία της ύλης.. Για αυτό χρησιμοποίησε τη στατιστική μηχανική, καθιερώνοντας ένα ιδανικό μοντέλο για τη δομή των αερίων. Εφαρμόζοντας τους νόμους της μηχανικής, ο Clausius συνήγαγε την εξωτερική ή μακροσκοπική συμπεριφορά του τα αέρια αυτά βασίζονται σε υποθέσεις για τη στατιστική συμπεριφορά των μορίων αυτών υγρά.

Συμπέρασε ότι, επειδή συμβαίνουν μοριακές συγκρούσεις μεταξύ μορίων σε κίνηση και με ελαστικότητα, σε κάθε στιγμή θα υπάρχουν μόρια μέσα στο αέριο που κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις και με όλες τις πιθανές ταχύτητες. Η συνολική ενέργεια μετάφρασης αυτών των μορίων δίνει το μέτρο της θερμιδικής περιεκτικότητας του αερίου και η κινητική τους ενέργεια εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία του αερίου.

Η εργασία του Clausius για τα επιμέρους μόρια των αερίων θεωρείται κρίσιμη για την σύλληψη της κινητικής θεωρίας των αερίων. Η κινητική θεωρία αναπτύχθηκε αρχικά από τον James Maxwell το 1859, αλλά βασίστηκε πολύ διαβόητα στο έργο του Rudolf Clausius.. Περιέργως, αυτή η ίδια θεωρία επικρίθηκε από τον Clausius, κάτι που βοήθησε τον Maxwell να ενημερώσει την κινητική του θεωρία το 1867.

Μια άλλη από τις συνεισφορές του Clausius σε αυτόν τον τομέα ήταν η ανάπτυξη ενός κριτηρίου για τη διαφοροποίηση μεταξύ ατόμων και μορίων. Σύμφωνα με τον ίδιο, τα μόρια αερίου ήταν πολύπλοκα σώματα, με συστατικά μέρη που κινούνται. Σήμερα, η ιδέα ενός μορίου είναι ένα σωματίδιο που αποτελείται από άλλα άτομα, κάτι πολύ κοινό αέρια όπως οξυγόνο, άζωτο ή υδρογόνο και επίσης άλλες ουσίες όπως νερό ή όζο.

Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής

Μαζί με άλλους σπουδαίους επιστήμονες της εποχής του, ο Rudolf Clausius θεωρείται ένας από τους ιδρυτές της θερμοδυναμικής. Του πιστώνεται η πρόταση του δεύτερου νόμου αυτών των αρχών που λέει ότι η θερμότητα δεν μπορεί ποτέ να περάσει μόνη της από ένα ψυχρότερο σώμα σε ένα θερμότερο.

Αυτή η αρχή, που ονομάζεται επίσης αρχή της εντροπίας, μια έννοια που εισήγαγε και όρισε ο ίδιος το 1865, επιβεβαιώνει ότι, στην πράξη, η τεχνική της διαδικασίας σταδίου Η θερμότητα ενός σώματος σε υψηλότερη θερμοκρασία από ένα άλλο που βρίσκεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί με αντίστροφο τρόπο χωρίς μόνιμες τροποποιήσεις στο περιβάλλον.

Ένα από τα συμπεράσματα αυτής της αρχής είναι ότι η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν η θερμοκρασία πέφτει από μια τιμή Ta σε μια άλλη Tb είναι ότι δεν μετατρέπεται πλήρως σε μηχανική ενέργεια, και η ενεργειακή απόδοση αυτού του μετασχηματισμού είναι το πολύ 1-Tb / Ta. Αυτό έλυσε ένα από τα κύρια προβλήματα του φυσική της εποχής του, με τους επιστήμονες να θεωρούν αν ήταν δυνατό ή όχι να μετατραπεί πλήρως η θερμική ενέργεια σε εργασία μηχανικός.