Rudolf Clausius: biographie et contributions de ce physicien et mathématicien allemand

Considéré comme l'un des pères fondateurs de la thermodynamique, Rudolf Clausius est l'un des figures de proue non seulement de la physique allemande du XIXe siècle, mais aussi de la science européenne de son siècle.

Très doué à la fois en physique et en mathématiques, il était un exemple à suivre par d'autres scientifiques comme l'écossais James Maxwell, l'un des savants de la théorie électromagnétique.

Ci-dessous vous trouverez un biographie de Rudolf Clausius dans lequel nous verrons quelles ont été ses principales contributions au domaine de la physique.

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Courte biographie de Rudolf Clausius

Rudolf Clausius était un physicien et mathématicien allemand connu pour être l'un des fondateurs de la thermodynamique, étant celui qui a formulé la seconde des lois qui composent ces principes. Lui, avec d'autres figures illustres telles que les physiciens britanniques William Thomson, Lord Kelvin et James Joule, a développé ces lois. physique, étant le physicien français Nicolas Léonard Sadi Carnot qui est crédité d'avoir soulevé la première des lois de thermodynamique.

Les études les plus pertinentes de Rudolf Clausius ont porté sur l'effet de la chaleur sur différents fluides et matériaux, élevant la théorie cinétique sur le comportement des atomes et des molécules.

Naissance et premières années

Rudolph Julius Emmanuel Clausius est né le 2 janvier 1822 à Köslin, en Prusse, l'actuelle Koszalin, en Pologne. Son père était protestant et dirigeait une petite école où le jeune Rudolf Clausius fréquentait pendant ses premières années de formation.

Plus tard, il entra au gymnase (lycée allemand) de la ville de Stettin, aujourd'hui Szczecin en Pologne, où il poursuivra ses études.

Formation universitaire

En 1840, il entre à l'Université de Berlin. Là, il a commencé à suivre des cours d'histoire, mais a rapidement changé cette matière en sciences et avait comme professeurs le physicien Georg Simon Ohm et le mathématicien Richard Dedekind.

Étudiant les mathématiques et la physique, Clausius découvrit qu'il s'agissait de branches du savoir qui leur étaient données. particulièrement bien, en faisant définitivement sa profession lorsqu'il a terminé ses études à Berlin en 1844.

Plus tard Clausius a étudié à l'Université de Halle, y obtenant un doctorat en physique en 1847 grâce à ses travaux sur les effets optiques qui se produisent sur la planète Terre à la suite de l'existence de l'atmosphère. Bien que ce travail présente quelques erreurs d'approche, il a servi à Clausius à montrer que Il avait de grands dons pour les mathématiques et la physique, se faisant une réputation parmi la communauté scientifique Allemand.

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Premières investigations scientifiques

Les premières entreprises expérimentales de Rudolf Clausius ont commencé en 1849 avec l'étude des lois régissant les relations entre la pression et la température. Ensuite serait consacré à l'étude de différentes substances et à quelle température elles prennent pour ébullition, en traçant les premières courbes d'ébullition.

Sa vie commencera à prendre une importance particulière dans le domaine scientifique de son pays à partir de 1850, lorsqu'il obtint un diplôme place comme professeur de physique à l'École royale d'ingénierie et d'artillerie de Berlin, où il restera jusqu'en 1855. En plus de ce poste, Rudolf Clausius a également servi à l'Université de Berlin en tant que privatdozent, un professeur qui pouvait enseigner à l'université mais que ses frais étaient payés directement par ses étudiants plutôt que par le institution.

Le point culminant de cette période de la vie de Rudolf Clausius fut la publication en 1850 de ce qui sera son ouvrage le plus important: « Sur les forces de mouvement causées par la chaleur".

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Développer la théorie cinétique

En 1855, Clausius quitta l'Allemagne et obtint un poste d'enseignant à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich. Deux ans plus tard axé sur l'étude dans le domaine de la théorie cinétique, expérimenté à cette époque avec le concept de « trajet moyen libre d'une particule », terme qui désigne la distance entre deux rencontres, l'une après l'autre, des molécules qui composent un gaz. Cette contribution de Clausius serait très pertinente pour le domaine de la physique de son temps.

Rudolf Clausius restera plusieurs années à l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse, où il donnera des cours de physique. Il changera de lieu en 1867, s'installant à Würzburg, où il travaillera également comme enseignant jusqu'en 1869 et obtint une adhésion à la Royal Society de Londres en 1868, car sa notoriété et ses recherches étaient déjà connues au niveau européen. Il irait à l'Université de Bonn pour donner des cours de physique, une institution où il travaillerait pour le reste de sa vie.

Travaillant justement à Bonn quand, à l'âge de 50 ans, éclate la guerre franco-prussienne (1870-1871). Pendant le conflit, il a organisé, avec plusieurs de ses étudiants, un corps d'ambulanciers volontaires. À la suite de son implication dans la guerre, Clausius a subi une blessure à la jambe, ce qui lui a causé un grand inconfort pour le reste de sa vie. Cependant, la blessure lui a valu une reconnaissance dans la société allemande et, grâce à son action héroïque, Rudolf Clausius a reçu la Croix de fer.

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Les dernières années et la mort

Au cours de ses dernières années de vie Rudolf Clausius s'est consacré à ses enfants et a mis un peu de côté la recherche. De plus, avec la blessure de guerre subie pendant la guerre, il ne pouvait pas se déplacer facilement, ce qui lui faisait préférer rester à Bonn plutôt que de voyager autant qu'il l'avait fait dans sa jeunesse. Néanmoins, Clausius a continué à enseigner à l'Université de Bonn jusqu'à sa mort.

Rudolf clausius décédé le 24 août 1888 à Bonn, Allemagne, à l'âge de 66 ans. Sa première femme, Adelheid Rimpau, est décédée en 1875, le laissant à la garde de leurs six enfants, et Clausius s'est remarié en 1886, cette fois avec Sophie Stack avec qui il a eu un fils.

Remerciements à ce physicien et mathématicien

En 1870, Rudolf Clausius a reçu la médaille Huygens et, en 1879, il a reçu la médaille Copley, reconnaissance donnée par la Royal Society de Londres à ceux qui ont apporté des contributions importantes dans le domaine de la biologie ou de la physique.

En 1878 a été nommé membre de l'Académie royale suédoise des sciences et, en 1882, il a reçu un doctorat honorifique de l'Université de Würzburg. En 1883, il reçoit le prix Poncelet, décerné par l'Académie française des sciences à tous les scientifiques ayant apporté une contribution significative à la science en général. Rudolf Clausius a continué à recevoir les honneurs longtemps après sa mort. En 1935, un cratère sur la Lune a été nommé d'après son nom de famille: le cratère Clausius.

Contributions scientifiques de Rudolf Clausius

Il y a plusieurs contributions que Rudolf Clausius a apportées à la physique. Ensuite, nous verrons quels sont les aspects les plus remarquables de ses découvertes et théories.

Théorie cinétique des gaz

En 1857, il publia la première théorie complète sur la théorie cinétique de la matière.. Pour cela, il a utilisé la mécanique statistique, établissant un modèle idéal pour la structure des gaz. Appliquant les lois de la mécanique, Clausius a déduit le comportement externe ou macroscopique de ces gaz sur la base d'hypothèses sur le comportement statistique des molécules de ces fluides.

Il en a déduit que, parce que les collisions moléculaires se produisent entre les molécules en mouvement et avec élasticité, à chaque instant, il y aura des molécules à l'intérieur du gaz se déplaçant dans toutes les directions et à toutes les vitesses possibles. L'énergie totale de traduction de ces molécules donne la mesure du contenu calorique du gaz, et leur énergie cinétique dépend directement de la température du gaz.

Les travaux de Clausius sur les molécules individuelles des gaz sont considérés comme cruciaux pour la conception de la théorie cinétique des gaz. La théorie cinétique a été développée à l'origine par James Maxwell en 1859, mais très notoirement basée sur les travaux de Rudolf Clausius.. Curieusement, cette même théorie a été critiquée par Clausius, ce qui a servi à Maxwell pour mettre à jour sa théorie cinétique en 1867.

Une autre contribution de Clausius dans ce domaine a été de développer un critère pour différencier les atomes des molécules. Selon lui, les molécules de gaz étaient des corps complexes, dont les éléments constitutifs se déplacent. Aujourd'hui, l'idée d'une molécule est une particule composée d'autres atomes, quelque chose de très courant dans gaz tels que l'oxygène, l'azote ou l'hydrogène ainsi que d'autres substances telles que l'eau ou ozone.

Deuxième loi de la thermodynamique

Avec d'autres grands scientifiques de son époque, Rudolf Clausius est considéré comme l'un des pères fondateurs de la thermodynamique. On lui attribue la proposition de la deuxième loi de ces principes qui dit que la chaleur ne peut jamais passer d'elle-même d'un corps plus froid à un corps plus chaud.

Ce principe, aussi appelé principe d'entropie, concept qu'il a lui-même introduit et défini en 1865, affirme que, dans la pratique, la technique du step process La chaleur d'un corps à plus haute température qu'un autre qui est à plus basse température ne peut s'effectuer en sens inverse sans modifications permanentes de la environnement.

Une des déductions de ce principe est que l'énergie libérée lorsque la température passe d'une valeur Ta à une autre Tb est qu'elle n'est pas complètement transformée en énergie mécanique, et l'efficacité énergétique de cette transformation est d'au plus 1 Tb / Ta. Cela a résolu l'un des principaux problèmes de la physique de son temps, avec des scientifiques théorisant s'il était possible ou non de convertir complètement l'énergie thermique en travail mécanicien.