THOMSON Lord KELVIN, William
William Thomson blev født i Belfast i familien af en matematiklærer. Da William var otte år gammel, flyttede familien til Glasgow, som senere blev stedet for liv og arbejde for den berømte fysiker. Den begavede dreng blev allerede studerende ved University of Glasgow i en alder af ti. Efter sin eksamen fra University of Glasgow kom Thomson ind på University of Cambridge, hvorefter han efter råd fra sin far tog til Paris for en praktikplads i laboratoriet hos den berømte franske eksperimentelle fysiker A. Regnault. Snart offentliggjorde den unge studerende sit første arbejde om teorien om termisk ledningsevne. Som 22-årig blev Thomson professor i Glasgow og holdt stolen indtil 1899, i 53 år.
W. Thomson havde et stort lærertalent og kombinerede perfekt teoretisk undervisning med praktisk træning. Hans forelæsninger om fysik blev ledsaget af demonstrationer, hvor Thomson i vid udstrækning involverede studerende, hvilket stimulerede lytternes interesse.
På University of Glasgow skabte W. Thomson et fysiklaboratorium, hvor mange originale videnskabelig forskning, og som spillede en stor rolle i udviklingen fysisk videnskab. Til at begynde med klemte laboratoriet sig sammen i tidligere forelæsningslokaler, en gammel forladt vinkælder og en del af den gamle professors hus. I 1870 flyttede universitetet til en storslået ny bygning, som gav rummelige lokaler for laboratoriet. Thomsons prædikestol og hus var de første i Storbritannien, der blev oplyst af elektricitet. Den første telefonlinje i landet fungerede mellem universitetet og Whites værksteder, hvor der blev lavet fysiske instrumenter. Værkstederne voksede til en fabrik med flere etager, som i det væsentlige blev en afdeling af laboratoriet.
Thomsons videnskabelige interesser omfattede termodynamik, hydrodynamik, elektromagnetisme, elasticitetsteori, varme, matematik og teknologi. Som studerende udgav Thomson adskillige artikler om anvendelsen af Fourier-serier til forskellige grene af fysik. Mens han trænede i Paris, udviklede han en metode til at løse elektrostatiske problemer, kaldet "spejlbillede"-metoden (1846). Efter at have stiftet bekendtskab med Carnots teorem udtrykte han ideen om en absolut termodynamisk skala (1848).
I 1851 formulerede W. Thomson (uafhængigt af R. Clausius) termodynamikkens 2. lov. Hans arbejde "On the Dynamic Theory of Heat" skitserede et nyt synspunkt på varme, ifølge hvilket "varme ikke er et stof, men en dynamisk form for en mekanisk effekt." Derfor "skal der være en vis ækvivalens mellem mekanisk arbejde og varme." Thomson påpeger, at dette princip, "tilsyneladende for første gang... blev åbenlyst proklameret i J. Mayers arbejde "Remarks on the forces of inanimate nature." Han nævner yderligere arbejdet af J. Joule, som studerede det numeriske forhold "der forbinder varme og mekanisk kraft."
Thomson hævder, at hele teorien drivkraft varme er baseret på to bestemmelser, hvoraf den første går tilbage til Joule og er formuleret således: ”I alle tilfælde, hvor der på nogen måde opnås lige store mængder mekanisk arbejde udelukkende på grund af varme eller udelukkende bruges på at opnå termiske effekter, går altid tabt, eller der opnås lige store mængder varme."
Thomson formulerer den anden position som følger: "Hvis en maskine er designet på en sådan måde, at når den arbejder i den modsatte retning, omdannes alle mekaniske og fysiske processer i enhver del af dens bevægelse til det modsatte, så producerer den præcis lige så meget mekanisk arbejde, som det kunne producere ved beregning af en given mængde varme af enhver termodynamisk maskine med samme temperaturkilder til varme og køleskab."
Thomson sporer denne holdning til S. Carnot og R. Clausius og underbygger den med følgende aksiom: "Det er umuligt at opnå fra en hvilken som helst masse af stof med hjælp fra et livløst stofmiddel. mekanisk arbejde ved at afkøle det til under temperaturen af det koldeste omgivende objekt." Til denne formulering, som kaldes Thomsons formulering af den anden lov, gør Thomson følgende note: ”Hvis vi ikke anerkendte dette aksiom som gyldigt ved alle temperaturer, ville vi være nødt til at indrømme, at det er muligt at sætte en automatisk maskine i drift. og opnå mekanisk arbejde ved at afkøle havet eller landjorden i enhver mængde, op til udmattelsen af al varmen fra land og hav eller i sidste ende af hele den materielle verden." Den "automatiske maskine" beskrevet i dette notat begyndte at blive kaldt perpetuum mobile af 2. slags.
Ud over sit arbejde med termodynamik lagde Thomson grundlaget for teorien om elektromagnetiske svingninger og udledte i 1853 en formel for afhængigheden af perioden med naturlige oscillationer af et kredsløb af dets kapacitans og induktans (Thomsons formel). I 1856 opdagede han den tredje termoelektriske effekt - Thomson-effekten (de to første var forekomsten af termo-emf og frigivelsen af Peltier-varme), som bestod i frigivelsen af den såkaldte. "Thomson varme", når strøm løber gennem en leder i nærvær af en temperaturgradient. Stor værdi Thomsons beregning af størrelsen af molekyler baseret på målinger af overfladeenergien af en væskefilm bidrog til dannelsen af atomistiske koncepter. I 1870 fastslog han afhængigheden af elasticiteten af mættet damp af formen af væskeoverfladen.
Thomson ydede et stort bidrag til udviklingen af praktiske anvendelser af forskellige grene af videnskaben. Han var den videnskabelige chefkonsulent for lægningen af de første transatlantiske kabler. Han designede en lang række præcisionselektrometriske instrumenter: et "kabel"-galvanometer, kvadrant- og absolutelektrometre, en sifon-markør til modtagelse af telegrafsignaler. Foreslået at bruge snoede ledninger fra kobbertråd.
Arbejdet med at lægge det transatlantiske kabel vakte Thomsons interesse for navigation. Forskeren skabte et forbedret havkompas med kompensation for magnetismen i skibets jernskrog, opfandt et kontinuerligt ekkolod og en tidevandsmåler (en enhed til registrering af vandstanden i havet eller floden). Thomsons forskning i termisk ledningsevne, arbejde med teorien om tidevand, bølgeudbredelse over overfladen og teorien om hvirvelbevægelse er kendt.
I 1892, W. Thomson for sin store videnskabelige meritter fik titlen Baron Kelvin (opkaldt efter Kelvin-floden, der flyder nær universitetet i Glasgow). Thomson skrev et stort antal værker om eksperimentel og teoretisk fysik. Halvtredsårsdagen for hans videnskabelige aktivitet blev fejret i 1896 af fysikere over hele verden. Repræsentanter deltog i at hædre Thomson forskellige lande, herunder den russiske fysiker N.A. Umov; i 1896 blev Thomson valgt til æresmedlem af St. Petersburg Academy of Sciences. Enheden for absolut temperatur, kelvin, er opkaldt efter William Thomson.
Kilder:
1. Kudryavtsev P.S. Kursus i fysikkens historie. M.: Uddannelse, 1982. – 448 s.
2. Stor Sovjetisk encyklopædi. I 30 bind.
Kronologi af begivenheder og opdagelser i kemi:
William Thomson, Baron Kelvin(eng. William Thomson, 1. Baron Kelvin; 26. juni 1824, Belfast, Irland – 17. december 1907, Largs, Skotland) - britisk fysiker og mekaniker. Kendt for sit arbejde inden for termodynamik, mekanik og elektrodynamik.
Biografi
William Thomson blev født den 26. juni 1824 i Belfast. Thomsons forfædre var irske bønder; hans far James Thomson, en berømt matematiker, var lærer ved Belfast Academical Institution fra 1814, dengang professor i matematik i Glasgow fra 1832; kendt for sine lærebøger om matematik, som har gennemgået snesevis af udgaver. William Thomson og hans ældre bror James gik på Glasgow College og derefter St. Peter's i Cambridge, hvor William afsluttede sit naturvidenskabelige kursus i 1845.
I 1846 overtog den 22-årige Thomson stolen for teoretisk fysik ved University of Glasgow.
I 1856 blev videnskabsmanden tildelt Royal Medal of the Royal Society of London.
Fra 1880 til 1882 præsident for London Society of Physicists. Thomsons ekstraordinære præstationer inden for ren og anvendt videnskab blev fuldt ud værdsat af hans samtidige.
Thomson blev slået til ridder i 1866, og i 1892 tildelte dronning Victoria ham en peerage med titlen Baron Kelvin af floden Kelvin, som løber forbi University of Glasgow og ud i floden Clyde.
Videnskabelige aktiviteter
Mens han stadig var studerende, publicerede Thomson en række værker om anvendelsen af Fourier-serier på spørgsmål om fysik og i undersøgelsen "The uniform motion of heat in homogene solid and its connection with the matematical theory of electricity" ("The Cambridge math. Journ.”, 1842) lavede han vigtige analogier mellem fænomenerne for udbredelse af varme og elektrisk strøm og viste, hvordan løsningen på problemer på et af disse områder kan anvendes på spørgsmål i det andet. I en anden undersøgelse, "The Linear Motion of Heat" (1842, ibid.), udviklede Thomson principper, som han derefter frugtbart anvendte på mange spørgsmål om dynamisk geologi, for eksempel på spørgsmålet om afkøling af Jorden.
I 1845, mens han var i Paris, begyndte Thomson at udgive en række artikler om elektrostatik i Joseph Liouvilles tidsskrift, hvori han skitserede sin metode. elektriske billeder, hvilket gjorde det muligt simpelthen at løse mange af elektrostatikkens sværeste problemer.
I 1849 begyndte Thomson arbejdet med termodynamik, som blev offentliggjort i publikationerne fra Royal Society of Edinburgh. I det første af disse værker antydede Thomson, på grundlag af Joules forskning, hvordan Carnots princip, der er beskrevet i sidstnævntes essay "Rflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres dvelopper cette puissance" (1824), skulle ændres så at princippet var i overensstemmelse med moderne data; dette værk indeholder en af de første formuleringer af termodynamikkens anden lov. I 1852 gav Thomson en anden formulering af det, nemlig doktrinen om energidissipation. Samme år gennemførte Thomson sammen med Joule en undersøgelse af afkøling af gasser under ekspansion uden at udføre arbejde, hvilket fungerede som et overgangstrin fra teorien ideelle gasser til teorien om rigtige gasser.
Arbejdet med termoelektricitet ("elektrodynamiske kvaliteter af metaller"), der blev påbegyndt i 1855, foranledigede øget eksperimentelt arbejde; Studerende fra University of Glasgow deltog i arbejdet, som markerede begyndelsen på det første i Storbritannien praktisk arbejde studerende, og starten på et fysiklaboratorium i Glasgow.
I halvtredserne af det 19. århundrede blev Thomson interesseret i spørgsmålet om transatlantisk telegrafi; På grund af fejlene fra de første praktiske pionerer undersøgte Thomson teoretisk spørgsmålet om udbredelsen af elektriske impulser langs kabler og kom til konklusioner af den største praktiske betydning, som gjorde det muligt at udføre telegrafi over havet. Undervejs udledte Thomson betingelserne for eksistensen af en oscillerende elektrisk udladning (1853), som igen senere blev fundet af Kirchhoff (1864) og dannede grundlaget for hele læren om elektriske svingninger. På en ekspedition for at lægge et kabel blev Thomson bekendt med behovene for maritime anliggender, hvilket førte til forbedringen af loddet og kompasset (1872-1876).
William Thomson, Lord Kelvin
(26.VI. 1824 - 17.XII. 1907)
William Thomson, den fremtidige Lord Kelvin, blev født i Belfast (Irland) i familien af en ingeniørprofessor. Da drengen var 7 år gammel, modtog hans far afdelingen for matematik ved University of Glasgow (Skotland), og flyttede dertil med sin familie. Allerede som otteårig begyndte William at deltage i sin fars forelæsninger, og som 10-årig blev han student. Efter at have afsluttet sine studier i Glasgow, kom den 17-årige dreng ind på University of Cambridge. På dette tidspunkt blev hans første videnskabelige artikel om trigonometriske serier offentliggjort.
I 1845, efter at have dimitteret fra universitetet, tog Thomson på råd fra sin far til Paris for at træne i laboratoriet hos den berømte franske eksperimentelle fysiker Henri-Victor Regnault (1810-1878). Her udviklede Thomson en metode til løsning af elektrostatiske problemer ("elektrisk billedmetode"). Et år senere vendte den 22-årige videnskabsmand tilbage til Glasgow, hvor han blev professor og leder af afdelingen for fysik på universitetet.
I 1848 introducerede Thomson den "absolutte termometriske skala". Han forklarede dens navn som følger: "Denne skala er karakteriseret ved fuldstændig uafhængighed af fysiske egenskaber af et bestemt stof." Han bemærker, at "uendelig kulde skal svare til et endeligt antal grader af lufttermometeret under nul," nemlig punktet "svarende til volumenet af luft reduceret til nul, som vil blive markeret på skalaen som -273 °C."
Begyndende i 1851 udgav Thomson serien videnskabelige artikler under den generelle titel "On the dynamic theory of heat", hvori han undersøger termodynamikkens første og anden lov. Samtidig vender han endnu en gang tilbage til problemet med absolut temperatur og bemærker, at "temperaturerne i to legemer er proportionale med mængden af varme, henholdsvis taget og givet af materialesystemet to steder med disse temperaturer, når system gør fuld cyklus ideelle reversible processer og beskyttet mod tab eller vinding af varme ved enhver anden temperatur."
Denne konklusion gjorde det muligt for Thomson at udtrykke effektiviteten af en varmemotor (Carnot-cyklus) ved hjælp af temperaturerne på varmeren og køleskabet.
Samme år, i en alder af 27, blev Thomson medlem af Royal Society of London - det engelske videnskabsakademi. Og to år senere slog han sammen med den engelske fysiker James Joule (1818-1889) fast, at når en gas passerer adiabatisk (uden tilstrømning af energi udefra) gennem en porøs skillevæg, falder dens temperatur. Dette fænomen kaldes "Joule-Thomson-effekten". Omtrent på samme tid udviklede Thomson en termodynamisk teori om termoelektriske fænomener.
Ud over termodynamik studerede Thomson elektromagnetiske fænomener. Så i 1853 udgav han en artikel "Om transiente elektriske strømme." Ser på forandring over tid elektrisk ladning sfærisk krop, når den er forbundet med en tynd leder (tråd) til jorden, konstaterede Thomson, at dæmpede svingninger med visse karakteristika opstår, afhængigt af kroppens elektriske kapacitet, lederens modstand og den elektrodynamiske kapacitans. Efterfølgende blev formlen, der afspejler afhængigheden af perioden med frie svingninger i et kredsløb uden modstand på de angivne værdier, kaldt "Thomsons formel" (selvom han ikke selv udledte denne formel).
Thomson var den første videnskabsmand til at studere elektriske svingninger, og det var ikke tilfældigt, at han blev inviteret til at blive den videnskabelige chefkonsulent under lægningen af de første transatlantiske kabler, designet til at skabe en stabil telegrafforbindelse mellem de to kontinenter. For sit store bidrag til dette arbejde blev han ophøjet til adelens værdighed i 1865, og i 1892 blev han for enestående videnskabelige resultater tildelt titlen Lord Kelvin (efter navnet på floden, der flyder nær universitetet, hvor han arbejdet i mange år).
Fra 1890 til 1895 Thomson havde æresposten som præsident for Royal Society of London.
Sir William Thomson døde 83 år gammel i Largs, nær Glasgow. Efter ham var der 25 bøger, 660 videnskabelige artikler og 70 opfindelser tilbage.
"Hvis du kan måle det du taler om og udtrykke det i tal, så ved du noget om dette emne. Men hvis du ikke kan kvantificere dette, er din viden yderst begrænset og utilfredsstillende. Måske er det indledende fase, men dette er ikke niveauet for ægte videnskabelig viden..."
W. Thomson (Lord Kelvin)
Videnskabsmanden, hvis navn er givet til den absolutte termodynamiske temperaturskala, Lord Kelvin, var en alsidig mand, hvis videnskabelige interesser omfattede termodynamik (især ejede han to formuleringer af termodynamikkens andet princip), hydrodynamik, dynamisk geologi, elektromagnetisme, elasticitetsteori , mekanik og matematik . Videnskabsmandens forskning i termisk ledningsevne, arbejde med teorien om tidevand, udbredelsen af bølger over overfladen og teorien om hvirvelbevægelse er kendt. Men han var ikke kun en teoretisk videnskabsmand. "Videnskabens mand er adskilt fra den produktive arbejder af en hel afgrund, og videnskaben, i stedet for at tjene i hænderne på arbejderen som et middel til at øge sin egen produktionskraft, står næsten overalt imod ham," sagde videnskabsmanden. Hans bidrag til udviklingen af praktiske anvendelser af forskellige grene af videnskaben kan næppe overvurderes. I 1850'erne var en videnskabsmand interesseret i telegrafi den vigtigste videnskabelige konsulent i lægningen af de første telegrafkabler over Atlanterhavet. Han designede en række præcision elektrometriske instrumenter: et "kabel" spejlgalvanometer, kvadrant- og absolutelektrometre og en undulator-markør til modtagelse af telegrafer med sifonblækforsyning, ampereskalaer brugt til justering elektriske apparater, og meget mere, og foreslog også at bruge strandede kobbertråde. Forskeren skabte et forbedret havkompas med kompensation for magnetismen i skibets jernskrog, opfandt et kontinuerligt ekkolod og en tidevandsmåler (en enhed til registrering af vandstanden i havet eller floden). Blandt de mange patenter, som denne geniale designer har taget, er der også dem for rent praktiske apparater (som f.eks. vandhaner). Virkelig talentfuld person talentfuld i alt.
William Thomson (det er præcis hvad han er) rigtige navn denne berømte videnskabsmand), blev født for præcis 190 år siden, den 26. juni 1824, i Belfast ( Nordirland) i familien til en matematiklærer ved Royal Academic Institute of Belfast, forfatteren til en række lærebøger, der gik gennem snesevis af udgaver, James Thomson, hvis forfædre var irske bønder. I 1817 giftede han sig med Margaret Gardner. Deres ægteskab var stort (fire drenge og to piger). Den ældste søn, James, og William blev opvokset i deres fars hus, mens de yngre drenge blev opdraget af deres ældre søstre. Det er ikke overraskende, at Thomson Sr. tog sig af en anstændig uddannelse til sine sønner. Først var han mere opmærksom på James, men det stod hurtigt klart, at hans ældste søns dårlige helbred ikke ville tillade ham at modtage god uddannelse, og faderen fokuserede på at opdrage William.br />
Da William var 7 år, flyttede familien til Glasgow (Skotland), hvor hans far modtog en lærestol i matematik og et professorat. Glasgow blev efterfølgende stedet for liv og arbejde for den berømte fysiker. Allerede som otteårig begyndte William at deltage i sin fars forelæsninger, og som 10-årig blev han student på Glasgow College, hvor han studerede sammen med sin storebror James. John Nicol, en berømt skotsk astronom og popularisator af videnskab, som har arbejdet på universitetet siden 1839, spillede en stor rolle i at forme den unge mands videnskabelige interesser. Han fulgte videnskabens avancerede resultater og forsøgte at introducere dem til sine elever. I en alder af seksten læste William Fouriers bog "The Analytical Theory of Heat", som i det væsentlige bestemte hans forskningsprogram for resten af hans liv.
Efter sin eksamen fra college gik Thomson for at studere ved St. Peter College i Cambridge, hvor han udgav flere artikler om anvendelsen af Fourier-serier til forskellige grene af fysikken og i den bemærkelsesværdige undersøgelse "The uniform motion of heat in homogeneous solid and its connection with the matematical theory of electricity" ("The Cambridge math" Journ.”, 1842) lavede vigtige analogier mellem fænomenerne for udbredelse af varme og elektrisk strøm og viste, hvordan løsningen af problemer fra et af disse områder kan anvendes på problemer i et andet område. I en anden undersøgelse, "The Linear Motion of Heat" (1842, ibid.), udviklede Thomson principper, som han derefter frugtbart anvendte på mange spørgsmål om dynamisk geologi, for eksempel på spørgsmålet om afkøling af Jorden. I et af sine tidlige breve til sin far skriver Thomson, hvordan han planlægger sin tid: stå op klokken 5 om morgenen og tænd bålet; læs op til 8 timer 15 minutter; deltage i dagligt foredrag; læs indtil kl. 13.00; lav øvelser indtil kl. 16; besøg kirken før kl. læs op til 8 timer 30 minutter; gå i seng klokken 9. Dette skema illustrerer et livslangt ønske om at minimere det frugtesløse spild af tid. Det skal siges, at William Thomson var en velafrundet ung mand, han gik ind for sport, var endda medlem af Cambridge-roholdet og besejrede sammen med sine kammerater Oxford-studerende i det berømte løb, der blev afholdt siden 1829. Thomson var også velbevandret i musik og litteratur. Men frem for alle disse hobbyer foretrak han videnskab, og her var hans interesser også varierede.
I 1845, efter at have dimitteret fra Cambridge, efter at have modtaget et andet rankler-diplom og en Smith-pris, tog William på råd fra sin far til Paris for at træne i laboratoriet hos den berømte franske eksperimentelle fysiker Henri-Victor Regnault (1810-1878) ). Samtidig publicerede Thomson i Joseph Liouvilles tidsskrift en række artikler om elektrostatik, hvori han skitserede sin metode til elektriske billeder, senere kaldet "spejlbilledernes metode", som gjorde det muligt blot at løse mange af de sværeste problemer med elektrostatik.
Mens Thomson studerede på Cambridge, fandt begivenheder sted i Glasgow, som ville forme hans fremtidige karriere. Da Thomson afsluttede sit første år på Cambridge i 1841, blev William Meikleham, professor i naturfilosofi ved University of Glasgow, alvorligt syg. Det var klart, at han ikke ville være i stand til at vende tilbage til arbejdet. Året 1842 gik, men ingen oplagt kandidat til ledig plads der var ingen i Glasgow, og så indså Thomson Sr., at hans søn William, der lige var fyldt 18, godt kunne deltage i konkurrencen om denne plads. Den 11. september 1846 blev 22-årige Thomson valgt ved hemmelig afstemning til stillingen som professor i naturfilosofi ved University of Glasgow. Han beholdt sin stilling indtil 1899, ikke engang fristet af Cavendish-stolen i Cambridge, som blev tilbudt ham tre gange i 1870'erne og 1880'erne. Thomson holdt sin første forelæsning som professor ved University of Glasgow den 4. november 1846. I den gav han en indledende oversigt over alle grene af fysikken for studerende, der var tilmeldt et kursus i naturfilosofi. I et brev til Stokes indrømmede Thomson, at den første forelæsning var en fiasko. Han havde skrevet det helt ud på forhånd og var konstant bekymret for, at han læste det for hurtigt. Men dette forhindrede os ikke i at bruge den samme indgang næste år og derefter hvert år i halvtreds år, med forskellige indsættelser, ændringer og forbedringer. Studerende forgudede deres berømte professor, selvom hans evne til at tænke øjeblikkeligt, se sammenhænge og analogier, forbløffede mange, især da Thomson improviseret indsatte sådanne ræsonnementer i forelæsninger.
I 1847, på et møde i British Natural History Association i Oxford, mødte Thomson James Joule. I løbet af de foregående fire år havde Joule på disse årlige møder erklæret, at varme ikke, som man dengang troede, var noget stof (kalorie), der spredte sig fra en krop til en anden. Joule udtrykte troen på, at varme faktisk er et resultat af vibrationer af de atomer, der består af stof. Efter at have studeret, hvordan gas trækker sig sammen, når den afkøles, foreslog Joule, at intet stof kunne afkøles under en temperatur på 284 ° C (senere, som vi ved, blev denne figur forfinet af Thomson). Derudover demonstrerede Joule ækvivalensen af arbejde og varme ved at udføre eksperimenter for at bestemme den ækvivalente mængde mekanisk arbejde, der kræves for at opvarme et pund vand med 1°F. Han hævdede endda, at vandtemperaturen ved bunden af vandfaldet var højere end i toppen. Joules taler på møder i British Association blev modtaget med kedsomhed og vantro. Men alt ændrede sig ved et møde i Oxford i 1847, fordi Thomson sad i salen. Han var henrykt over, hvad Joule havde at sige, begyndte at stille mange spørgsmål og fremkaldte heftig debat. Sandt nok foreslog Thomson, at Joule kunne tage fejl. I et brev til sin bror efter mødet, skrev Thomson: "Jeg sender Joules værker, hvilket vil forbløffe dig. Jeg har haft lidt tid til at forstå dem i detaljer. Det forekommer mig, at der stadig er mange fejl i dem. ” Men Joule tog ikke fejl, og Thomson var efter mange overvejelser enig med ham. Desuden var han i stand til at forbinde Joules ideer med Sadi Carnots arbejde med varmemotorer. Samtidig lykkedes det ham at finde flere generel metode definitioner absolut nul temperatur, uafhængig af det specifikke stof. Det er grunden til, at den grundlæggende basisenhed for temperatur senere blev kaldt kelvin. Derudover indså Thomson, at loven om bevarelse af energi var videnskabens store samlende princip, og introducerede begreberne "statisk" og "dynamisk" energi, som vi nu henholdsvis kalder kinetisk og potentiel energi.
I 1848 introducerede Thomson " absolut termometrisk skala". Han forklarede dets navn som følger: " Denne skala er karakteriseret ved fuldstændig uafhængighed af de fysiske egenskaber af et bestemt stof". Han bemærker, at" uendelig kulde skal svare til et endeligt antal grader af lufttermometer under nul", nemlig: punkt," svarende til mængden af luft reduceret til nul, som vil blive markeret på skalaen som -273 ° C".
I 1849 begyndte Thomsons arbejde med termodynamik, offentliggjort i publikationer fra Royal Society i Edinburgh. I det første af disse værker angiver Thomson, baseret på Joules forskning, hvordan Carnots princip, der er beskrevet i sidstnævntes essay "Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance" (1824), bør ændres for at princippet var i overensstemmelse med moderne data; dette berømte værk indeholder en af de første formuleringer af termodynamikkens anden lov.
Begyndende i 1851 udgav Thomson en række videnskabelige artikler under den generelle titel "On the Dynamic Theory of Heat", hvori han undersøgte (uafhængigt af R. Clausius) termodynamikkens første og anden lov. Samtidig vender han igen tilbage til problemet med absolut temperatur og bemærker, at " to legemers temperatur er proportional med mængden af varme, der henholdsvis tages og afgives af et materialesystem to steder med disse temperaturer, når systemet fuldfører en komplet cyklus af ideelle reversible processer og er beskyttet mod tab eller tilførsel af varme på ethvert anden temperatur". Hans arbejde "On the dynamic theory of heat" skitserede et nyt synspunkt på varme, ifølge hvilket " varme er ikke et stof, men en dynamisk form for mekanisk effekt." Derfor skal der være en vis ækvivalens mellem mekanisk arbejde og varme" Thomson påpeger, at dette princip, " tilsyneladende for første gang... blev åbenlyst udråbt i Yu Mayers arbejde "Bemærkninger om den livløse naturs kræfter" Han nævner yderligere J. Joules arbejde, som studerede det numeriske forhold, " forbinder varme og mekanisk kraft" Thomson hævder, at hele teorien om varmes drivkraft er baseret på to bestemmelser, hvoraf den første går tilbage til Joule og er formuleret som følger: " I alle tilfælde, hvor der opnås lige store mængder mekanisk arbejde på nogen måde udelukkende på grund af varme eller udelukkende bruges til at opnå termiske effekter, tabes eller opnås lige store mængder varme altid" Thomson formulerer den anden position som følger: "Hvis en maskine er designet på en sådan måde, at når den arbejder i den modsatte retning, omdannes alle mekaniske og fysiske processer i enhver del af dens bevægelse til det modsatte, så producerer den præcis lige så meget mekanisk arbejde, som enhver termodynamisk maskine kunne producere på grund af en given mængde varme maskine med samme temperaturkilder til varme og køleskab" Thomson sporer denne holdning til S. Carnot og R. Clausius og underbygger den med følgende aksiom: " Det er umuligt ved hjælp af et livløst materiale at opnå mekanisk arbejde fra en hvilken som helst masse af stof ved at afkøle den til under temperaturen af den koldeste af de omgivende genstande" Til denne formulering, som kaldes Thomsons formulering af den anden lov, gør Thomson følgende note: " Hvis vi ikke anerkendte dette aksiom som gyldigt ved alle temperaturer, ville vi være nødt til at indrømme, at det er muligt at sætte en automatisk maskine i drift og opnå, ved at køle havet eller landjorden, mekanisk arbejde i enhver mængde, op til udtømning af al varmen fra land og hav, eller i sidste ende hele den materielle verden" Den "automatiske maskine" beskrevet i dette notat begyndte at blive kaldt perpetuum mobile af 2. slags. Baseret på termodynamikkens åbne lov og anvendelse af den på universet som helhed, kom han (1852) til den fejlagtige konklusion om uundgåeligheden af "universets termiske død" (hypotesen om universets termiske død). Ulovligheden af denne tilgang og hypotesens fejlslutning blev bevist af L. Boltzmann.
Samme år, i en alder af 27, blev Thomson medlem af Royal Society of London - det engelske videnskabsakademi. I 1852 gennemførte Thomson sammen med den engelske fysiker James Joule en berømt undersøgelse om afkøling af gasser under ekspansion uden at udføre arbejde, som fungerede som et overgangstrin fra teorien om ideelle gasser til teorien om rigtige gasser. De fandt ud af, at når en gas passerer adiabatisk (uden tilstrømning af energi udefra) gennem en porøs skillevæg, falder dens temperatur. Dette fænomen kaldes "Joule-Thomson-effekten". Omtrent på samme tid udviklede Thomson en termodynamisk teori om termoelektriske fænomener.
I 1852 giftede videnskabsmanden sig med Margaret Crum, som han havde været forelsket i siden barndommen. Han var glad, men lykken varede desværre ikke længe. Allerede under bryllupsrejse Margarets helbred forværredes kraftigt. De næste 17 år af Thomsons liv blev overskygget af konstante bekymringer om hans kones helbred, og næsten alle fritid videnskabsmanden helligede sig at tage sig af hende.
Ud over sit arbejde med termodynamik studerede Thomson elektromagnetiske fænomener. Således publicerede han i 1853 en artikel "Om forbigående elektriske strømme", der lagde grundlaget for teorien om elektromagnetiske svingninger. I betragtning af ændringen i tid af den elektriske ladning af et sfærisk legeme, når det forbindes med en tynd leder (tråd) til jorden, fandt Thomson ud af, at dæmpede svingninger med visse karakteristika opstår, afhængigt af kroppens elektriske kapacitet, modstanden af leder og den elektrodynamiske kapacitans. Efterfølgende blev formlen, der afspejler afhængigheden af perioden med frie svingninger i et kredsløb uden modstand på de angivne værdier, kaldt "Thomsons formel" (selvom han ikke selv udledte denne formel).
Endelig, i 1855, kombinerede videnskabsmanden to områder af sine videnskabelige interesser og begyndte at studere termoelektriske processer. Han udviklede en termodynamisk teori om termoelektriske fænomener. Mange sådanne fænomener var allerede kendt, nogle blev opdaget af Thomson selv. I 1856 opdagede han den tredje termoelektriske effekt - Thomson-effekten (de to første var forekomsten af termo-emf og frigivelsen af Peltier-varme), som bestod i frigivelsen af den såkaldte. "Thomson varme", når strøm løber gennem en leder i nærvær af en temperaturgradient. Det mest fantastiske er, at Thomson ikke eksperimentelt udførte denne opdagelse, men forudsagde den baseret på sin teori. Og dette på et tidspunkt, hvor forskerne endnu ikke havde mere eller mindre korrekte ideer om den elektriske strøms natur! Thomsons beregning af størrelserne af molekyler baseret på målinger af overfladeenergien af en væskefilm var af stor betydning for dannelsen af atomistiske begreber. I 1870 fastslog han afhængigheden af elasticiteten af mættet damp af formen af væskeoverfladen.
Thomson var tæt forbundet med en anden irskfødt fysiker, George Gabriel Stokes. De mødtes i Cambridge og forblev nære venner resten af deres liv og udvekslede mere end 650 breve. Meget af deres korrespondance vedrører forskning i matematik og fysik. Deres sind komplementerede hinanden, og i nogle tilfælde var tankerne så forenede, at ingen af dem kunne fortælle (eller bekymre sig), hvem der først havde givet udtryk for en idé. Det mest kendte eksempel er måske Stokes' sætning fra vektoranalyse, som gør det muligt at transformere integraler over lukket sløjfe i integraler over en overflade, der spændes over af denne kontur, og omvendt. Denne sætning blev faktisk formuleret i et brev fra Thomson til Stokes, så den burde hedde "Thomsons sætning."
I halvtredserne blev Thomson også interesseret i spørgsmålet om transatlantisk telegrafi; På grund af fejlene fra de første praktiske pionerer undersøgte Thomson teoretisk spørgsmålet om udbredelsen af elektriske impulser langs kabler og kom til konklusioner af den største praktiske betydning, som gjorde det muligt at udføre telegrafi over havet. Undervejs udleder Thomson betingelserne for eksistensen af en oscillerende elektrisk udladning (1853), igen fundet senere af Kirchhoff (1864), og som dannede grundlaget for hele læren om elektriske svingninger. Ekspeditionen for at lægge kablet introducerede Thomson til behovene for maritime anliggender og førte til forbedring af partiet og kompasset (1872-1876). Han skabte og patenterede et nyt kompas, der var mere stabilt end dem, der eksisterede på det tidspunkt og eliminerede afvigelsen forbundet med skibes stålskrog. Først var Admiralitetet skeptisk over for opfindelsen. Ifølge konklusionen fra en af kommissionerne er "kompasset for sart og sandsynligvis meget skrøbeligt." Som svar smed Thomson kompasset ind i rummet, hvor kommissionen mødtes, og kompasset var ikke beskadiget. Flådemyndighederne blev endelig overbevist om styrken af det nye kompas, og i 1888 blev det vedtaget af hele flåden. Thomson opfandt også en mekanisk tidevandsprædiktor og skabte en ny ekkolod, der hurtigt kunne bestemme dybden under et skib og, endnu vigtigere, gøre dette, mens skibet bevægede sig.
Ikke mindre berømt var William Thomsons syn på jordens termiske historie. Hans interesse for dette spørgsmål blev vakt i 1844, da han stadig var juniorstuderende ved Cambridge. Han vendte senere tilbage til det flere gange, hvilket til sidst bragte ham i konflikt med andre berømte videnskabsmænd, herunder John Tyndall, Thomas Huxley og Charles Darwin. Dette kan ses i Darwins beskrivelse af Thomson som et "modfærdigt spøgelse" og Huxleys prædikende ildhu i at fremme evolutionsteori som et alternativ til religiøs tro. Thomson var en kristen, men han var ikke optaget af at forsvare en bogstavelig fortolkning af detaljerne i skabelsen, for eksempel diskuterede han glad emnet, at en meteorit bragte liv til Jorden. Thomson har dog altid forsvaret og fremmet god videnskab gennem hele sit liv. Han mente, at geologi og evolutionsbiologi var underudviklet sammenlignet med fysik, som var baseret på stringent matematik. Faktisk troede mange fysikere på den tid slet ikke, at geologi og biologi var videnskaber. For at estimere jordens alder brugte William Thomson metoderne fra hans yndlings Fourier. Han beregnede, hvor lang tid det tog at afkøle det smeltede globus til den aktuelle temperatur. I 1862 estimerede William Thomson Jordens alder til 100 millioner år, men i 1899 reviderede han beregningerne og reducerede tallet til 20-40 millioner år. Biologer og geologer havde brug for et hundrede gange større tal. Forskellen mellem teorierne blev først løst i det tidlige 20. århundrede, da Ernest Rutherford indså, at radioaktivitet i klipper gav en intern mekanisme til at opvarme Jorden, hvilket bremsede afkølingen. Denne proces får Jordens alder til at stige ud over det forudsagte af Thomson. Moderne skøn give en værdi på mindst 4600 millioner år. Opdagelsen i 1903 af en lov om frigivelse af termisk energi til radioaktivt henfald fik ham ikke til at ændre sine egne skøn over Solens alder. Men da radioaktivitet blev opdaget, da Thomson var over 70, kan han blive tilgivet for ikke at overveje dens rolle i den forskning, han begyndte i 20'erne.
W. Thomson havde også et stort lærertalent og kombinerede perfekt teoretisk undervisning med praktisk træning. Hans forelæsninger om fysik blev ledsaget af demonstrationer, hvor Thomson i vid udstrækning involverede studerende, hvilket stimulerede lytternes interesse. På University of Glasgow skabte W. Thomson det første fysiklaboratorium i Storbritannien, hvor der blev lavet mange originale videnskabelige undersøgelser, og som spillede en stor rolle i udviklingen af fysisk videnskab. Til at begynde med klemte laboratoriet sig sammen i tidligere forelæsningslokaler, en gammel forladt vinkælder og en del af den gamle professors hus. I 1870 flyttede universitetet til en storslået ny bygning, som gav rummelig laboratorieplads. Thomsons prædikestol og hus var de første i Storbritannien, der blev oplyst af elektricitet. Den første telefonlinje i landet fungerede mellem universitetet og Whites værksteder, hvor der blev lavet fysiske instrumenter. Værkstederne voksede til en fabrik med flere etager, som i det væsentlige blev en afdeling af laboratoriet.
Det siges, at Lord Kelvin en dag blev tvunget til at aflyse sin forelæsning og skrev på tavlen "Professor Thomson vil ikke møde sine klasser i dag." De studerende besluttede at gøre grin med professoren og slettede bogstavet "c" i ordet "klasser". Den næste dag, da han så inskriptionen, blev Thomson ikke overrasket, slettede endnu et bogstav i det samme ord og gik stille. (Leg med ord: klasser - klasser, elever; piger - elskerinder, æsler - æsler.)
Margaret døde den 17. juni 1870. Efter dette besluttede videnskabsmanden at ændre sit liv, bruge mere tid på at hvile, han købte endda en skonnert, hvorpå han gik ture med venner og kolleger. I sommeren 1873 ledede Thomson endnu en kabellægningsekspedition. På grund af skader på kablet blev besætningen tvunget til at holde et 16-dages stop på Madeira, hvor videnskabsmanden blev venner med Charles Blandys familie, især Fanny, en af hans døtre, som han giftede sig med sommeren efter.
Ud over videnskabelige, undervisnings- og ingeniøraktiviteter udførte William Thomson mange ærespligter. Tre gange (1873–1878, 1886–1890, 1895–1907) blev han valgt til præsident for Royal Society of Edinburgh, og fra 1890 til 1895 ledede han Royal Society of London. I 1884 rejste han til USA, hvor han holdt en række foredrag. Thomsons ekstraordinære præstationer inden for ren og anvendt videnskab blev fuldt ud værdsat af hans samtidige. I 1866 modtog Vilhelm adelig titel, og i 1892 gav dronning Victoria for sine videnskabelige ydelser ham en peerage med titlen "Baron Kelvin" (efter navnet på Kelvin-floden, der flyder i Glasgow). Desværre blev William ikke kun den første, men også den sidste Baron Kelvin - hans andet ægteskab viste sig ligesom hans første at være barnløst. Halvtredsårsdagen for hans videnskabelige aktivitet blev fejret i 1896 af fysikere over hele verden. Repræsentanter fra forskellige lande deltog i at hædre Thomson, herunder den russiske fysiker N.A. Umov; i 1896 blev Thomson valgt til æresmedlem af St. Petersburg Academy of Sciences. I 1899 forlod Kelvin sin stol i Glasgow, selvom han ikke stoppede med at studere naturvidenskab.
I selve slutningen af XIX c., 27. april 1900, holdt Lord Kelvin et berømt foredrag ved Royal Institution om krisen i den dynamiske teori om lys og varme, med titlen "Nittende århundredes skyer over den dynamiske teori om varme og lys." I den sagde han: "Skønheden og klarheden af den dynamiske teori, ifølge hvilken varme og lys er former for bevægelse, er i øjeblikket overskygget af to skyer. Den første af dem ... er spørgsmålet: hvordan kan Jorden bevæge sig igennem et elastisk medium, som i det væsentlige er lysende æter? Det andet er Maxwell-Boltzmanns doktrin om energifordeling." Lord Kelvin afsluttede sin diskussion af det første spørgsmål med ordene: "Jeg er bange for, at vi for nuværende må betragte den første sky som meget mørk." Mest Foredraget var helliget de vanskeligheder, der er forbundet med antagelsen om en ensartet fordeling af energi på tværs af frihedsgrader. Dette spørgsmål blev bredt diskuteret i disse år i forbindelse med uoverstigelige modsætninger vedrørende den spektrale fordeling af sort kropsstråling. Som en opsummering af den frugtesløse søgen efter en måde at overvinde modsigelser på, konkluderer Lord Kelvin ret pessimistisk, at den enkleste måde simpelthen er at ignorere eksistensen af denne sky. Den ærværdige fysikers indsigt var forbløffende: han identificerede nøjagtigt to smertepunkter i nutidig videnskab. Et par måneder senere, i sidste dage XIX århundrede offentliggjorde M. Planck sin løsning på problemet med sort kropsstråling og introducerede konceptet om strålingens kvantenatur og absorption af lys, og fem år senere, i 1905, udgav A. Einstein værket "On the Electrodynamics of Moving Bodies,” hvori formulerede den særlige relativitetsteori og gav et negativt svar på spørgsmålet om æterens eksistens. Bag de to skyer på fysikhimlen var således relativitetsteorien og kvantemekanikken - det grundlæggende grundlag for nutidens fysik.
De sidste år af Lord Kelvins liv var den tid, hvor mange grundlæggende nye ting dukkede op i fysikken. Den klassiske fysiks æra, hvoraf han var en af de lyseste skikkelser, var ved at nærme sig enden. Den kvante- og relativistiske æra var allerede ikke langt væk, og han tog skridt hen imod den: han var stærkt interesseret i røntgenstråler og radioaktivitet, han udførte beregninger for at bestemme størrelsen af molekyler, fremsatte en hypotese om atomernes struktur og aktivt støttede J. J. Thomsons forskning i denne retning. Der var dog nogle hændelser. Tilbage i 1896 var han skeptisk over for nyheden om Wilhelm Conrad Roentgens opdagelse af specielle stråler, der gjorde det muligt at se indre struktur menneskekroppen, kalder denne nyhed overdrevet, svarende til en velplanlagt fup og kræver omhyggelig verifikation. Og et år før sagde han: "Tyngre-end-luft-fly er umulige." I 1897 bemærkede Kelvin, at radioen ikke havde nogen udsigter.
Lord William Kelvin døde den 17. december 1907 i en alder af 83 i Largs (Skotland), nær Glasgow. Tjenesten til videnskaben fra denne fysikkonge fra den victorianske æra er unægtelig stor, og hans aske hviler med rette i Westminster Abbey ved siden af Isaac Newtons aske. Efter ham var der 25 bøger, 660 videnskabelige artikler og 70 opfindelser tilbage. I Biogr.-Kuld. Handwörterbuch Poggendorffa" (1896) giver en liste over omkring 250 artikler (ekskl. bøger) tilhørende Thomson.
BIOGRAFI.
Den, der senere blev Lord Kelvin, hed William Thomson. Han blev født den 26. juni 1824 i Belfast (Nordirland) i en ingeniørprofessors familie. Da drengen var syv år gammel, flyttede familien til Glasgow (Skotland), hvor hans far modtog en lærestol i matematik på universitetet. William stod tidligt tilbage uden en mor, og hans far, som nød stor respekt blandt dem, opdragede ham og hans storebror.
William begyndte at deltage i sin fars forelæsninger på universitetet i en alder af otte, og som tiårig blev han en fuldgyldig studerende. I Guinness Book of Records er William Thomson noteret som den yngste studerende i historien - han begyndte at studere ved University of Glasgow i oktober 1834 i en alder af 10 år 4 måneder, og blev indskrevet som studerende den 14. november samme dag. år.
Efter at have afsluttet sine studier i Glasgow, kom den sytten-årige dreng ind på University of Cambridge med en specialisering i matematik. Efter at have dimitteret fra universitetet i 1845, på råd fra sin far, gik William til Paris for en praktikplads inden for termisk fysik. Den unge videnskabsmands opmærksomhed henledes også på analogien mellem beskrivelsen af elektrostatiske og termiske fænomener. Videnskabsmanden bevarede denne interesse for elektro- og termodynamik hele sit liv.
Da han vendte tilbage fra Frankrig, besatte Thomson stolen for naturfilosofi (teoretisk fysik) ved University of Glasgow, hvor han arbejdede indtil 1899 i treoghalvtreds år. Siden 1904 har Thomson været præsident for universitetet.
Fra 1890 til 1895 var han formand for Royal Society of London og blev udnævnt til Lord Kelvin i 1892 for sine fremragende videnskabelige tjenester. Thomson nød enorm prestige blandt videnskabsmænd over hele verden han var medlem af mange videnskabelige akademier og foreninger, herunder et æresmedlem af St. Petersburg Academy of Sciences, og havde mange priser.
VIDENSKABLIG AKTIVITET.
Thomsons videnskabelige interesser var meget forskellige. Mens han stadig var i Paris, udviklede han en vigtig metode til at løse problemer inden for elektrostatik, som blev kaldt "spejlbillede"-metoden (1846) og gjorde det muligt at løse en række spørgsmål inden for elektroteknik, teorien om termisk ledningsevne osv. I Paris blev Thomson bekendt med Carnots teori, som førte ham til ideen om absolut temperatur og konceptet om en absolut temperaturskala, senere kaldet Kelvin-skalaen.
Uafhængigt af Clausius formulerede Thomson termodynamikkens anden lov. Sammen med J. Joule konstaterede Thomson, at under adiabatisk ekspansion afkøles gassen (Joule-Thomson-effekten). Over tid begyndte denne effekt at blive meget brugt til at opnå lave temperaturer. Thomson er ansvarlig for konstruktionen af den første konsistente teori om termoelektriske fænomener.
Thomson udviklede også det grundlæggende i teorien om elektriske svingninger og udledte den formel, der bærer hans navn i dag, som fastslår forholdet mellem perioden med naturlige svingninger i kredsløbet og dets kapacitans og induktans. Han gennemførte også vigtige udviklinger inden for den praktiske implementering af telegrafkommunikation og var den videnskabelige chefkonsulent ved lægningen af de første transatlantiske kabler, som sikrede stabil telegrafkommunikation mellem de to kontinenter. For sin deltagelse i kabellægningen blev Thomson ophøjet til adelens værdighed.
Det er interessant, at arbejdet med at lægge kablet vakte videnskabsmandens interesse for problemerne med havnavigation, hvilket resulterede i oprettelsen af et kontinuerligt ekkolod, en tidevandsmåler og en grundlæggende forbedring af havkompasset. Thomsons autoritet og respekt for ham bevises af følgende ord fra en søofficer: "Enhver sømand bør bede for ham hver nat!"
Historier om fysikforskere. 2014
Indlæser...