Rudolf Clausius: biografia i wkład tego niemieckiego fizyka i matematyka

Uważany za jednego z ojców założycieli termodynamiki, Rudolf Clausius jest jednym z czołowe postaci nie tylko w XIX-wiecznej fizyce niemieckiej, ale także w europejskiej nauce jego stulecie.

Był bardzo uzdolniony zarówno w fizyce, jak i matematyce, był wzorem do naśladowania dla innych naukowców, takich jak Szkot James Maxwell, jeden z badaczy teorii elektromagnetycznej.

Poniżej znajdziesz biografia Rudolfa Clausiusa w którym zobaczymy, jakie były jego główne wkłady w dziedzinę fizyki.

• Powiązany artykuł: „10 działów fizyki i ich dziedzin wiedzy”

Krótka biografia Rudolfa Clausiusa

Rudolf Clausius był niemieckim fizykiem i matematykiem znanym z tego, że był jednym z twórców termodynamiki, będąc tym, który sformułował drugie z praw składających się na te zasady. On, wraz z innymi wybitnymi postaciami, takimi jak brytyjscy fizycy William Thomson, Lord Kelvin i James Joule, opracowali te prawa. fizyki, będąc francuskim fizykiem Nicolasem Léonardem Sadi Carnotem, któremu przypisuje się podniesienie pierwszego z praw termodynamika.

Najważniejsze badania Rudolfa Clausiusa dotyczyły wpływu ciepła na różne płyny i materiały, podnosząc teorię kinetyczną na zachowanie atomów i cząsteczek.

Narodziny i wczesne lata

Rudolph Julius Emmanuel Clausius urodził się 2 stycznia 1822 r. w Köslin, Prusy, dzisiejszy Koszalin, Polska. Jego ojciec był protestantem i prowadził małą szkołę, do której uczęszczał młody Rudolf Clausius we wczesnych latach formacji.

Później wstąpił do gimnazjum (niemieckiego gimnazjum) w Szczecinie, gdzie kontynuował naukę.

Edukacja na Uniwersytecie

W 1840 wstąpił na Uniwersytet Berliński. Tam zaczął uczęszczać na lekcje historii, ale wkrótce zmienił ten przedmiot na nauki ścisłe i miał jako nauczycieli fizyka Georga Simona Ohma i matematyka Richarda Dedekinda.

Studiując matematykę i fizykę, Clausius odkrył, że są to gałęzie wiedzy, które zostały im przekazane szczególnie dobrze, czyniąc z nich zdecydowanie swój zawód, kiedy skończył studia w Berlinie w 1844.

później Clausius studiował na uniwersytecie w Halle, uzyskując tam doktorat z fizyki w 1847 r. dzięki jego pracy nad efektami optycznymi zachodzącymi na planecie Ziemia w wyniku istnienia atmosfery. Chociaż praca ta zawierała pewne błędy w podejściu, posłużyła Clausiusowi do wykazania, że: Miał wielkie talenty do matematyki i fizyki, dzięki czemu zyskał reputację w środowisku naukowym Niemiecki.

• Możesz być zainteresowany: „5 epok historii (i ich cechy)”

Pierwsze badania naukowe

Pierwsze eksperymentalne przedsięwzięcia Rudolfa Clausiusa rozpoczęły się w 1849 roku od badania praw rządzących zależnościami między ciśnieniem a temperaturą. Następnie byłyby poświęcone badaniu różnych substancji i ich temperaturze wrzenia, rysując pierwsze krzywe wrzenia.

Jego życie zaczęło nabierać szczególnego znaczenia w dziedzinie naukowej jego kraju od 1850 roku, kiedy uzyskał stanowisko profesora fizyki w Królewskiej Szkole Inżynierii i Artylerii w Berlinie, gdzie pozostał do 1855 roku. Oprócz tego stanowiska Rudolf Clausius służył również na Uniwersytecie Berlińskim jako privatdozent, profesor, który mógł wykładają na uniwersytecie, ale jego opłaty były opłacane bezpośrednio przez jego studentów, a nie przez instytucja.

Punktem kulminacyjnym tego okresu w życiu Rudolfa Clausiusa było opublikowanie w 1850 roku jego najważniejszej pracy: „O siłach ruchu spowodowanych przez ciepło”".

• Powiązany artykuł: „Hermann von Helmholtz: biografia tego niemieckiego lekarza i fizyka”

Rozwijanie teorii kinetycznej

W 1855 Clausius opuścił Niemcy i objął stanowisko nauczyciela w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologicznym w Zurychu. Dwa lata później koncentruje się na studiowaniu w dziedzinie teorii kinetycznej, eksperymentowanej w tym czasie z pojęciem „swobodnej średniej drogi cząstki”, termin, który odnosi się do odległości między dwoma spotkaniami, jedno po drugim, cząsteczek tworzących gaz. Ten wkład Clausiusa byłby bardzo istotny dla dziedziny fizyki jego czasów.

Rudolf Clausius przez kilka lat pozostawał w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii, gdzie prowadził zajęcia z fizyki. Zamienił się miejscami w 1867 r., przenosząc się do Würzburga, gdzie do 1869 r. pracował także jako nauczyciel i uzyskując członkostwo w Royal Society of London w 1868 r., ponieważ jego sława i jego badania były już znane na poziomie europejskim. Pójdzie na Uniwersytet w Bonn, aby prowadzić zajęcia z fizyki, instytucję, w której będzie pracował do końca życia.

Pracował właśnie w Bonn, kiedy w wieku 50 lat wybuchła wojna francusko-pruska (1870-1871). W czasie konfliktu zorganizował wraz z kilkoma swoimi uczniami ochotniczy korpus pogotowia ratunkowego. W wyniku zaangażowania w wojnę, Clausius doznał kontuzji nogi, co spowodowało duży dyskomfort do końca życia. Jednak kontuzja przyniosła mu uznanie w niemieckim społeczeństwie, a dzięki jego bohaterskiej akcji Rudolf Clausius otrzymał Żelazny Krzyż.

• Możesz być zainteresowany: „Niels Bohr: biografia i wkład tego duńskiego fizyka”

Ostatnie lata i śmierć

W ostatnich latach życia Rudolf Clausius poświęcił się swoim dzieciom i trochę odłożył na bok badania. Co więcej, z powodu rany wojennej odniesionej podczas wojny, nie mógł się swobodnie poruszać, co sprawiło, że wolał zostać w Bonn niż podróżować tak często, jak w młodości. Niemniej jednak Clausius kontynuował nauczanie na Uniwersytecie w Bonn aż do śmierci.

Rudolf clausius zmarł 24 sierpnia 1888 w Bonn w Niemczech w wieku 66 lat. Jego pierwsza żona, Adelheid Rimpau, zmarła w 1875 r., pozostawiając go pod opieką ich sześciorga dzieci, a Clausius ożenił się ponownie w 1886 r., tym razem z Sophie Stack, z którą miał syna.

Podziękowania dla tego fizyka i matematyka

W 1870 Rudolf Clausius został odznaczony Medalem Huygensa, aw 1879 otrzymał Medal Copleya, uznanie przyznane przez Royal Society of London tym, którzy wnieśli ważny wkład w dziedzinie biologii lub fizyki.

W roku 1878 został mianowany członkiem Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk aw 1882 otrzymał doktorat honoris causa Uniwersytetu w Würzburgu. W 1883 otrzymał Nagrodę Poncelet, przyznawaną przez Francuską Akademię Nauk wszystkim naukowcom, którzy wnieśli znaczący wkład w naukę w ogóle. Rudolf Clausius nadal otrzymywał honory długo po swojej śmierci. W 1935 roku od jego nazwiska nazwano krater na Księżycu: krater Clausius.

Wkład naukowy Rudolfa Clausiusa

Istnieje kilka wkładów, które Rudolf Clausius wniósł do fizyki. Następnie zobaczymy, jakie są najbardziej niezwykłe aspekty jego odkryć i teorii.

Kinetyczna teoria gazów

W 1857 opublikował pierwszą kompletną teorię na temat kinetycznej teorii materii.. Wykorzystał do tego mechanikę statystyczną, ustanawiając idealny model struktury gazów. Stosując prawa mechaniki, Clausius wydedukował zewnętrzne lub makroskopowe zachowanie te gazy w oparciu o hipotezy dotyczące statystycznego zachowania ich cząsteczek płyny.

Wywnioskował, że ponieważ zderzenia cząsteczek zachodzą między cząsteczkami w ruchu i o elastyczności, w każdej chwili wewnątrz gazu będą molekuły poruszające się we wszystkich kierunkach i ze wszystkimi możliwymi prędkościami. Całkowita energia translacji tych cząsteczek jest miarą kaloryczności gazu, a ich energia kinetyczna zależy bezpośrednio od temperatury gazu.

Uważa się, że praca Clausiusa nad poszczególnymi cząsteczkami gazów ma kluczowe znaczenie dla koncepcji kinetycznej teorii gazów. Teoria kinetyczna została pierwotnie opracowana przez Jamesa Maxwella w 1859 roku, ale bardzo powszechnie opierała się na pracy Rudolfa Clausiusa.. Co ciekawe, ta sama teoria została skrytykowana przez Clausiusa, co posłużyło Maxwellowi do aktualizacji jego teorii kinetycznej w 1867 roku.

Kolejnym wkładem Clausiusa w tej dziedzinie było opracowanie kryterium rozróżniania atomów i cząsteczek. Według niego cząsteczki gazu były złożonymi ciałami, których części składowe się poruszają. Dzisiaj idea cząsteczki to cząsteczka złożona z innych atomów, coś bardzo powszechnego w gazy, takie jak tlen, azot lub wodór, a także inne substancje, takie jak woda lub ozon.

Druga zasada termodynamiki

Wraz z innymi wielkimi naukowcami swoich czasów Rudolf Clausius jest uważany za jednego z ojców założycieli termodynamiki. Przypisuje się mu propozycję drugiego prawa tych zasad, które mówi, że ciepło nigdy nie może samoczynnie przejść z ciała chłodniejszego do cieplejszego.

Zasada ta, zwana również zasadą entropii, koncepcja, którą sam wprowadził i zdefiniował w 1865 r., potwierdza, że ​​w praktyce technika procesu krokowego Ciepło ciała o wyższej temperaturze niż ciało o niższej temperaturze nie może odbywać się w odwrotny sposób bez trwałych zmian w środowisko.

Jednym z wniosków z tej zasady jest to, że energia uwalniana, gdy temperatura spada z jednej wartości Ta do drugiej Tb, oznacza, że ​​nie jest ona całkowicie przekształcana w energię mechaniczną, a efektywność energetyczna tej transformacji wynosi co najwyżej 1 Tb/Ta. To rozwiązało jeden z głównych problemów fizyki swoich czasów, z naukowcami snującymi teorie na temat możliwości pełnego przekształcenia energii cieplnej w pracę mechanik.