Rudolf Clausius: biografia e contributi di questo fisico e matematico tedesco

Considerato uno dei padri fondatori della termodinamica, Rudolf Clausius è uno dei figure di spicco non solo della fisica tedesca del XIX secolo, ma anche della scienza europea del il suo secolo.

Molto abile sia in fisica che in matematica, fu un esempio seguito da altri scienziati come lo scozzese James Maxwell, uno degli studiosi della teoria elettromagnetica.

Di seguito troverai un biografia di Rudolf Clausius in cui vedremo quali furono i suoi principali contributi nel campo della fisica.

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Breve biografia di Rudolf Clausius

Rudolf Clausius è stato un fisico e matematico tedesco noto per essere stato uno dei fondatori della termodinamica, essendo colui che ha formulato la seconda delle leggi che compongono questi principi. Egli, insieme ad altre figure illustri come i fisici britannici William Thomson, Lord Kelvin e James Joule, sviluppò queste leggi. fisica, essendo il fisico francese Nicolas Léonard Sadi Carnot a cui è attribuito il merito di aver sollevato la prima delle leggi della termodinamica.

Gli studi più rilevanti di Rudolf Clausius si sono occupati dell'effetto del calore su diversi fluidi e materiali, elevando la teoria cinetica sul comportamento di atomi e molecole.

Nascita e primi anni

Rudolph Julius Emmanuel Clausius nacque il 2 gennaio 1822 a Köslin, in Prussia, l'attuale Koszalin, in Polonia. Suo padre era protestante e gestiva una piccola scuola dove il giovane Rudolf Clausius avrebbe frequentato durante i suoi primi anni di formazione.

Successivamente è entrato nel ginnasio (liceo tedesco) nella città di Stettino, ora Stettino in Polonia, dove avrebbe continuato la sua formazione.

istruzione universitaria

Nel 1840 entrò all'Università di Berlino. Lì iniziò a frequentare corsi di storia, ma presto cambiò materia in scienze e ebbe come insegnanti il ​​fisico Georg Simon Ohm e il matematico Richard Dedekind.

Studiando matematica e fisica, Clausius scoprì che erano branche del sapere che gli venivano date particolarmente bene, rendendoli definitivamente la sua professione quando ha finito di studiare a Berlino in 1844.

Più tardi Clausius studiò all'Università di Halle, ottenendo lì un dottorato in fisica nel 1847 grazie al suo lavoro sugli effetti ottici che si verificano sul pianeta Terra come conseguenza dell'esistenza dell'atmosfera. Sebbene questo lavoro presentasse alcuni errori in termini di approccio, è servito a Clausius per dimostrare che Aveva grandi doti per la matematica e la fisica, guadagnandosi una reputazione tra la comunità scientifica Tedesco.

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Prime indagini scientifiche

Le prime iniziative sperimentali di Rudolf Clausius iniziano nel 1849 con lo studio delle leggi che regolano i rapporti tra pressione e temperatura. Successivamente sarebbe dedicato allo studio delle diverse sostanze ea che temperatura portano a bollire, disegnando le prime curve di ebollizione.

La sua vita comincerà ad assumere particolare rilevanza nell'ambito scientifico del suo Paese a partire dal 1850, anno in cui ottenne una posto come professore di fisica presso la Scuola Reale di Ingegneria e Artiglieria di Berlino, dove sarebbe rimasto fino al 1855. Oltre a questa posizione, Rudolf Clausius ha anche prestato servizio presso l'Università di Berlino come dozzina di privati, un professore in grado di insegna all'università ma che le sue tasse sono state pagate direttamente dai suoi studenti piuttosto che dal istituzione.

Il momento clou di questo periodo nella vita di Rudolf Clausius fu la pubblicazione nel 1850 di quella che sarebbe stata la sua opera più importante: "Sulle forze di movimento causate dal calore".

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Sviluppare la teoria cinetica

Nel 1855 Clausius lasciò la Germania e ottenne un posto di insegnante presso il Politecnico federale di Zurigo. Due anni dopo focalizzato sullo studio nel campo della teoria cinetica, sperimentato in questo momento con il concetto di "percorso medio libero di una particella", termine che si riferisce alla distanza tra due incontri, uno dopo l'altro, delle molecole che compongono un gas. Questo contributo di Clausius sarebbe molto rilevante per il campo della fisica del suo tempo.

Rudolf Clausius sarebbe rimasto per diversi anni all'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia, dove avrebbe tenuto corsi di fisica. Cambierà posto nel 1867, trasferendosi a Würzburg, dove lavorerà anche come insegnante fino al 1869 e ottenendo un'appartenenza alla Royal Society di Londra nel 1868, perché la sua fama e la sua ricerca erano già note a livello europeo. Sarebbe andato all'Università di Bonn per insegnare fisica, un'istituzione dove avrebbe lavorato per il resto della sua vita.

Proprio a Bonn quando, all'età di 50 anni, scoppiò la guerra franco-prussiana (1870-1871). Durante il conflitto organizzò, insieme ad alcuni suoi studenti, un corpo di ambulanza volontario. A causa del suo coinvolgimento nella guerra, Clausius ha subito un infortunio alla gamba, che gli ha causato un grande disagio per il resto della sua vita. Tuttavia, l'infortunio gli ha portato il riconoscimento nella società tedesca e, grazie alla sua azione eroica, Rudolf Clausius ha ricevuto la Croce di Ferro.

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Gli ultimi anni e la morte

Durante i suoi ultimi anni di vita Rudolf Clausius si è dedicato ai suoi figli e ha messo un po' da parte la ricerca. Inoltre, con la ferita di guerra subita durante la guerra, non poteva muoversi facilmente, facendogli preferire rimanere a Bonn piuttosto che viaggiare come aveva fatto in gioventù. Tuttavia, Clausius continuò a insegnare all'Università di Bonn fino alla sua morte.

Rudolf Clausius morì il 24 agosto 1888 a Bonn, in Germania, all'età di 66 anni. La sua prima moglie, Adelheid Rimpau, era morta nel 1875, lasciandolo alle cure dei loro sei figli, e Clausius si risposò nel 1886, questa volta con Sophie Stack dalla quale ebbe un figlio.

Ringraziamenti a questo fisico e matematico

Nel 1870 Rudolf Clausius ricevette la Medaglia Huygens e, nel 1879, la Medaglia Copley, riconoscimento dato dalla Royal Society di Londra a coloro che hanno dato importanti contributi nel campo della biologia o della fisica.

Nell'anno 1878 è stato nominato membro dell'Accademia reale svedese delle scienze e, nel 1882, gli fu conferito un dottorato honoris causa dall'Università di Würzburg. Nel 1883 ricevette il Premio Poncelet, assegnato dall'Accademia francese delle scienze a tutti gli scienziati che hanno dato un contributo significativo alla scienza in generale. Rudolf Clausius ha continuato a ricevere onorificenze molto tempo dopo la sua morte. Nel 1935 un cratere sulla Luna prese il nome dal suo cognome: Cratere Clausius.

Contributi scientifici di Rudolf Clausius

Ci sono diversi contributi che Rudolf Clausius ha dato alla fisica. Vedremo poi quali sono gli aspetti più notevoli delle sue scoperte e teorie.

Teoria cinetica dei gas

Nel 1857 pubblicò la prima teoria completa sulla teoria cinetica della materia.. Per questo usò la meccanica statistica, stabilendo un modello ideale per la struttura dei gas. Applicando le leggi della meccanica, Clausius dedusse il comportamento esterno o macroscopico di questi gas sulla base di ipotesi sul comportamento statistico delle molecole di questi fluidi.

Ne dedusse che, poiché si verificano collisioni molecolari tra molecole in movimento e con elasticità, ad ogni istante ci saranno molecole all'interno del gas che si muoveranno in tutte le direzioni ea tutte le velocità possibili. L'energia totale di traslazione di queste molecole dà la misura del contenuto calorico del gas, e la loro energia cinetica dipende direttamente dalla temperatura del gas.

Il lavoro di Clausius sulle singole molecole dei gas è considerato cruciale per la concezione della teoria cinetica dei gas. La teoria cinetica è stata originariamente sviluppata da James Maxwell nel 1859, ma basata molto notoriamente sul lavoro di Rudolf Clausius.. Curiosamente, questa stessa teoria fu criticata da Clausius, cosa che servì a Maxwell per aggiornare la sua teoria cinetica nel 1867.

Un altro dei contributi di Clausius in questo campo è stato quello di sviluppare un criterio per distinguere tra atomi e molecole. Secondo lui, le molecole di gas erano corpi complessi, con parti costitutive che si muovono. Oggi, l'idea di una molecola è una particella composta da altri atomi, cosa molto comune in gas come ossigeno, azoto o idrogeno e anche altre sostanze come acqua o ozono.

Secondo principio della termodinamica

Insieme ad altri grandi scienziati del suo tempo, Rudolf Clausius è considerato uno dei padri fondatori della termodinamica. Gli è attribuita la proposizione della seconda legge di questi principi che dice che il calore non può mai passare da solo da un corpo più freddo a uno più caldo.

Questo principio, chiamato anche principio dell'entropia, concetto da lui stesso introdotto e definito nel 1865, afferma che, in pratica, la tecnica del processo a gradini Il calore di un corpo a temperatura più alta di un altro che è a temperatura più bassa non può essere svolto in modo inverso senza modificazioni permanenti della ambiente.

Una delle deduzioni di questo principio è che l'energia rilasciata quando la temperatura scende da un valore Ta ad un altro Tb è che non si trasforma completamente in energia meccanica, e l'efficienza energetica di questa trasformazione è al massimo 1-Tb / Ta. Questo ha risolto uno dei problemi principali del fisica del suo tempo, con scienziati che teorizzavano se fosse possibile o meno convertire completamente l'energia termica in lavoro meccanico.