רודולף קלאוזיוס: ביוגרפיה ותרומות של הפיזיקאי והמתמטיקאי הגרמני הזה

נחשב לאחד מהאבות המייסדים של התרמודינמיקה, רודולף קלאוזיוס הוא אחד מהאבות המייסדים של התרמודינמיקה דמויות מובילות לא רק בפיזיקה הגרמנית של המאה ה-19, אלא גם במדע האירופי של המאה שלו.

מיומן מאוד הן בפיזיקה והן במתמטיקה, הוא היה דוגמה שלאחריה מדענים אחרים כמו ג'יימס מקסוול הסקוטי, אחד מחוקרי התיאוריה האלקטרומגנטית.

להלן תמצא א ביוגרפיה של רודולף קלאוזיוס בו נראה מה היו תרומותיו העיקריות לתחום הפיזיקה.

• מאמר קשור: "10 ענפי הפיזיקה ותחומי הידע שלהם"

ביוגרפיה קצרה של רודולף קלאוזיוס

רודולף קלאוזיוס היה פיזיקאי ומתמטיקאי גרמני הידוע כאחד ממייסדי התרמודינמיקה, בהיותו זה שניסח את החוק השני מהחוקים המרכיבים את העקרונות הללו.. הוא, יחד עם דמויות מפורסמות אחרות כמו הפיזיקאים הבריטים וויליאם תומסון, לורד קלווין וג'יימס ג'ול, פיתחו את החוקים הללו. פיזיקה, בהיותו הפיזיקאי הצרפתי ניקולא לאונרד סאדי קרנו, אשר מיוחס לו שהעלה את החוק הראשון של תֶרמוֹדִינָמִיקָה.

המחקרים הרלוונטיים ביותר של רודולף קלאוזיוס עסקו בהשפעת החום על נוזלים וחומרים שונים, והעלו את התיאוריה הקינטית על התנהגות אטומים ומולקולות.

לידה ושנים מוקדמות

רודולף יוליוס עמנואל קלאוזיוס נולד ב-2 בינואר 1822 בקוסלין, פרוסיה, קוסאלין, פולין של היום.. אביו היה פרוטסטנטי וניהל בית ספר קטן בו ילמד רודולף קלאוזיוס הצעיר במהלך שנותיו הראשונות.

מאוחר יותר נכנס לגימנסיה (בית ספר תיכון גרמני) בעיר סטטין, כיום שצ'צ'ין בפולין, שם ימשיך את לימודיו.

השכלה אוניברסיטאית

בשנת 1840 הוא נכנס לאוניברסיטת ברלין. שם הוא החל להשתתף בשיעורי היסטוריה, אך עד מהרה שינה את הנושא למדע והיו לו כמורים את הפיזיקאי גיאורג סיימון אוהם והמתמטיקאי ריצ'רד דדקיינד.

בלימודי מתמטיקה ופיזיקה, קלאוזיוס גילה שהם ענפי ידע שניתנו להם טוב במיוחד, מה שהופך אותם בהחלט למקצוע שלו כשסיים ללמוד בברלין ב 1844.

מאוחר יותר קלאוזיוס למד באוניברסיטת האל, וקיבל שם דוקטורט בפיזיקה ב-1847 הודות לעבודתו על ההשפעות האופטיות המתרחשות על כדור הארץ כתוצאה מקיומה של האטמוספירה. למרות שעבודה זו הציגה כמה טעויות מבחינת הגישה, היא שימשה את קלאוזיוס להראות זאת היו לו כישורים גדולים למתמטיקה ופיזיקה, מה שעשה לעצמו מוניטין בקרב הקהילה המדעית גֶרמָנִיָת.

• אולי יעניין אותך: "חמשת העידנים של ההיסטוריה (והמאפיינים שלהם)"

חקירות מדעיות ראשונות

מיזמי הניסוי הראשונים של רודולף קלאוזיוס החלו ב-1849 עם חקר החוקים המסדירים את היחסים בין לחץ וטמפרטורה. כתוצאה מכך יוקדש למחקר של חומרים שונים ובאיזה טמפרטורה הם לוקחים לרתיחה, לצייר את עקומות הרתיחה הראשונות.

חייו יתחילו לקבל רלוונטיות מיוחדת בתחום המדעי של ארצו משנת 1850, כאשר השיג מקום כפרופסור לפיזיקה בבית הספר המלכותי להנדסה ותותחנים בברלין, שם ישהה ​​עד 1855. בנוסף לתפקיד זה, שימש רודולף קלאוזיוס גם באוניברסיטת ברלין כפרטיסט, פרופסור שיכול היה ללמד באוניברסיטה אבל ששכר הלימוד שלו שולמו ישירות על ידי תלמידיו ולא על ידי ה מוֹסָד.

גולת הכותרת של תקופה זו בחייו של רודולף קלאוזיוס הייתה הפרסום ב-1850 של מה שתהיה יצירתו החשובה ביותר: "על כוחות התנועה הנגרמים מחום".

• מאמר קשור: "הרמן פון הלמהולץ: ביוגרפיה של הרופא והפיזיקאי הגרמני הזה"

פיתוח התיאוריה הקינטית

בשנת 1855 עזב קלאוזיוס את גרמניה והשיג משרת הוראה במכון הפדרלי השוויצרי לטכנולוגיה בציריך. שנתיים לאחר מכן התמקד בלימוד בתחום התיאוריה הקינטית, התנסה בשלב זה במושג "הנתיב הממוצע החופשי של חלקיק", מונח המתייחס למרחק בין שני מפגשים, בזה אחר זה, של המולקולות המרכיבות גז. תרומה זו של קלאוזיוס תהיה רלוונטית מאוד לתחום הפיזיקה של זמנו.

רודולף קלאוזיוס יישאר במכון הטכנולוגי הפדרלי של שוויץ לכמה שנים, שם ילמד שיעורי פיזיקה. הוא יחליף מקום ב-1867, עבר לווירצבורג, שם גם יעבוד כמורה עד 1869 והשיג. חברות בחברה המלכותית של לונדון ב-1868, כי תהילתו ומחקריו היו ידועים כבר ברמה האירופית. הוא היה הולך לאוניברסיטת בון ללמד שיעורי פיזיקה, מוסד שבו יעבוד עד סוף חייו.

דווקא עבודה בבון כשבגיל 50 פרצה מלחמת צרפת-פרוסיה (1870-1871). במהלך הסכסוך הוא ארגן, יחד עם כמה מתלמידיו, חיל אמבולנס מתנדב. כתוצאה ממעורבותו במלחמה סבל קלאוזיוס מפציעה ברגלו, שגרמה לו אי נוחות רבה למשך שארית חייו. אולם הפציעה הביאה לו הכרה בחברה הגרמנית ובזכות פעולתו ההירואית קיבל רודולף קלאוזיוס את צלב הברזל.

• אולי יעניין אותך: "נילס בוהר: ביוגרפיה ותרומות של הפיזיקאי הדני הזה"

שנים אחרונות ומוות

במהלך שנות חייו האחרונות רודולף קלאוזיוס התמסר לילדיו ושם מעט את המחקר בצד. יתר על כן, עם פצע המלחמה שנגרם במהלך המלחמה, הוא לא יכול היה לזוז בקלות, מה שגרם לו להעדיף להישאר בבון במקום לטייל כמו שהיה בצעירותו. אף על פי כן, קלאוזיוס המשיך ללמד באוניברסיטת בון עד מותו.

רודולף קלאוזיוס נפטר ב-24 באוגוסט 1888 בבון, גרמניה, בגיל 66. אשתו הראשונה, אדלהייט רימפאו, נפטרה ב-1875, והותירה אותו בטיפולם של ששת ילדיהם, וקלאוזיוס התחתן בשנית ב-1886, הפעם לסופי סטאק איתה נולד לו בן.

תודות לפיזיקאי ומתמטיקאי זה

בשנת 1870 זכה רודולף קלאוזיוס במדליית הויגנס ובשנת 1879 הוא קיבל את מדליית קופלי., הכרה שניתנה על ידי החברה המלכותית של לונדון לאלה שתרמו תרומות חשובות בתחום הביולוגיה או הפיזיקה.

בשנת 1878 מונה לחבר באקדמיה המלכותית השוודית למדעים ובשנת 1882 הוענק לו תואר דוקטור לשם כבוד מאוניברסיטת וירצבורג. ב-1883 קיבל את פרס פונסלה, המוענק על ידי האקדמיה הצרפתית למדעים לכל המדענים שתרמו תרומה משמעותית למדע בכלל. רודולף קלאוזיוס המשיך לקבל כבוד זמן רב לאחר מותו. בשנת 1935 נקרא מכתש על הירח על שם משפחתו: מכתש קלאוזיוס.

תרומות מדעיות של רודולף קלאוזיוס

יש כמה תרומות שרודולף קלאוזיוס תרם לפיזיקה. בהמשך נראה מהם ההיבטים המדהימים ביותר בתגליותיו ובתיאוריותיו.

תיאוריה קינטית של גזים

ב-1857 פרסם את התיאוריה השלמה הראשונה על התיאוריה הקינטית של החומר.. לשם כך הוא השתמש במכניקה סטטיסטית, וקבע מודל אידיאלי למבנה הגזים. בהחלת חוקי המכניקה, קלאוסיוס הסיק את ההתנהגות החיצונית או המקרוסקופית של גזים אלה מבוססים על השערות לגבי ההתנהגות הסטטיסטית של המולקולות של אלה נוזלים.

הוא הסיק שמכיוון שהתנגשויות מולקולריות מתרחשות בין מולקולות בתנועה ועם גמישות, בכל רגע יהיו מולקולות בתוך הגז הנעות לכל הכיוונים ובכל המהירויות האפשריות. האנרגיה הכוללת של התרגום של מולקולות אלו נותנת את המדד לתכולת הקלוריות של הגז, והאנרגיה הקינטית שלהן תלויה ישירות בטמפרטורת הגז.

עבודתו של קלאוזיוס על מולקולות בודדות של גזים נחשבת מכרעת לתפיסת התיאוריה הקינטית של גזים. התיאוריה הקינטית פותחה במקור על ידי ג'יימס מקסוול בשנת 1859, אך התבססה מאוד לשמצה על עבודתו של רודולף קלאוזיוס.. באופן מוזר, אותה תיאוריה זו זכתה לביקורת על ידי קלאוזיוס, משהו ששימש את מקסוול לעדכן את התיאוריה הקינטית שלו ב-1867.

תרומה נוספת של קלאוזיוס בתחום זה הייתה פיתוח קריטריון להבדיל בין אטומים למולקולות. לדבריו, מולקולות גז היו גופים מורכבים, עם חלקים מרכיבים שנעים. כיום, הרעיון של מולקולה הוא חלקיק המורכב מאטומים אחרים, משהו נפוץ מאוד בו גזים כמו חמצן, חנקן או מימן וגם חומרים אחרים כמו מים או אוֹזוֹן.

החוק השני של התרמודינמיקה

יחד עם מדענים גדולים אחרים בתקופתו, נחשב רודולף קלאוזיוס לאחד מהאבות המייסדים של התרמודינמיקה. מיוחסת לו הצעת החוק השני של העקרונות הללו, האומרת שחום לעולם לא יכול לעבור מעצמו מגוף קר יותר לגוף חם יותר.

עקרון זה, הנקרא גם עקרון האנטרופיה, מושג שהוא עצמו הציג והגדיר ב-1865, מאשר שבפועל, טכניקת תהליך השלבים חום של גוף בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר גוף אחר שנמצא בטמפרטורה נמוכה יותר לא יכול להתבצע בצורה הפוכה ללא שינויים קבועים בגוף סביבה.

אחד הנימוקים מעיקרון זה הוא ש האנרגיה המשתחררת כשהטמפרטורה יורדת מערך Ta אחד ל-Tb אחר היא שהיא לא הופכת לחלוטין לאנרגיה מכנית, והיעילות האנרגטית של טרנספורמציה זו היא לכל היותר 1-Tb/Ta. זה פתר את אחת הבעיות העיקריות של פיזיקה של זמנו, עם מדענים שחושבים אם אפשר או לא ניתן להמיר אנרגיית חום במלואה לעבודה מְכוֹנַאִי.