MacTutor
Životopis
Rudolf Clausius ‘ s otec, Rev C E G Clausius, byl Radní z Královské Vlády školské Rady. Založil malou soukromou školu, stal se jejím ředitelem a jako ministr církve sloužil také jako její pastor. Rudolf byl vychován ve velké rodině, jako šestý ze synů svého otce. Několik let navštěvoval otcovu školu a poté se přestěhoval na gymnázium ve Stettinu (nyní Štětín, Polsko), kde zůstal až do ukončení školní docházky v roce 1840. Jeden z jeho bratrů, Robert Clausius, napsal, že ve škole: –
… všichni důvěrní s ním se naučili vážit si jeho spolehlivosti a pravdivosti. … největší důvěra a důvěra byla v něj vložena. Jeho úsudek … byl vysoce ceněn.
Clausius vstoupil na univerzitu v Berlíně v roce 1840, i když v této fázi ještě nebyl jasný, které předměty by se věnoval. Na chvíli byl silně přitahován k historii, ale nakonec se rozhodl soustředit se na matematiku a fyziku. Právě v těchto předmětech dokončil svůj titul do Velikonoc roku 1844 a poté strávil zkušební rok učením na gymnáziu Frederic-Werder. Na gymnáziu Clausius učil pokročilé třídy v matematice a fyzice.
v roce 1846 vstoupil do Boeckova královského semináře a předložil svou disertační práci o problému odraženého světla na obloze na Halle University v roce 1847. Doktorát získal s vyznamenáním 15. července 1848. Toto rané práce Clausius byl zaměřen na vysvětlení modré barvy oblohy, červené barvy vidět na východ a západ slunce, a polarizace světla; viz podrobnosti. Ukázalo se, že není založen na správné fyzice, protože předpokládal, že účinky byly způsobeny odrazem a lomem světla, spíše než rozptylem světla, jak navrhl Thomson. Nicméně v této práci Clausius aplikované matematiky daleko hlouběji, než kterýkoli z jeho předchůdců a je dobrou ilustrací toho, jak fyzické problémy, řídit vývoj matematiky, i když jejich fyzický základ je nespolehlivý.
Clausiusova první práce o mechanické teorii tepla byla publikována v roce 1850. Toto je jeho nejslavnější dílo a budeme diskutovat pod jeho obsahem a významem. Jeho význam byl rychle uznán a byl 25.září 1850 pozván na místo profesora na Královské dělostřelecké a inženýrské škole v Berlíně. On také se stal docentem na univerzitě v Berlíně a dal jeho inaugurační přednášku na univerzitě na 18 prosinec.
na 29 srpen 1855 Clausius byl jmenován předsedou matematické fyziky na Polytechnikum v Curychu a zároveň byl také jmenován na univerzitě v Curychu. Bylo to určitě vynikající místo pro Clausius prosazovat své myšlenky obklopené dalšími vynikajícími matematiky a fyziky. Nyní byl tažen dvěma směry, jedním měl zůstat v Curychu a druhým se vrátit do Německa, země, kterou hluboce miloval. V roce 1858 mu bylo nabídnuto místo na Polytechnice v Karlsruhe, ale odmítl. V následujícím roce, na 19 listopad, oženil se s Adelheid Rimpam. Znovu v roce 1862 mu bylo nabídnuto místo na Polytechnice v Brunswicku, ale odmítl to navzdory nabídce přicházející z rodného města jeho ženy, stejně jako nabídku z Vídně o čtyři roky později.
Pak v roce 1867, když nabídnuta profesura na Univerzitě ve Würzburgu přijal, vyjádřil hlubokou lítost nad odchodem Curychu, ale nakonec zjišťují, že už nemohl odolat jeho přání vrátit se do své rodné Německo. Byl jen jeden rok ve Würzburgu, když mu byla nabídnuta pozice v Mnichově. Odmítl tuto nabídku, ale v následujícím roce, 1869, přijal nabídku židle na univerzitě v Bonnu. Brzy poté by však politické události měly zásadní vliv na Clausiův život.
Bismarckovi se podařilo vytvořit Severoněmeckou konfederaci, ale hledal způsob, jak povzbudit jižní státy, aby se připojily. Francie věřila, že mohou snadno porazit nové německé státy, a Bismarck si uvědomil, že válka s Francií bude událostí, kterou potřebuje, aby spojil všechny německé státy. Chytře vymyslel situaci, ve které vyprovokoval Francouze k zahájení války, kterou si obě strany přály. Clausius byl německý vlastenec a, ačkoli se blížil 50 let, nabídl své služby své zemi ve francouzsko-pruské válce, která vypukla.
německé síly byly mnohem silnější, než si Francouzi představovali, a brzy byla francouzská armáda na ústupu. Dvě rozhodující bitvy u Vionville a Gravelotte rozhodně nebyly rozhodující pro Němce, kteří ztratili 20000 mužů na Gravelotte ve srovnání se ztrátou 13000 Francouzů. Nicméně, když německá armáda očekává, že francouzské předem a stiskněte tlačítko domů jejich mírnou výhodu, ale ustoupil a stal taktické vítězství pro Němce. Clausiův bratr Robert napsal: –
jeho hořící vlastenectví mu nedovolilo zůstat nečinný doma během války 1870-71. Ujal se vedení záchranného sboru, který tvořil z bonnských studentů. Ve velkých bitvách u Vionville a Gravelotte pomáhal nést raněné z bitvy a zmírnit jejich utrpení.
Clausius obdržel Železný kříž v roce 1871 za své služby německému tažení. Během bojů byl však zraněn v noze a po zbytek života trpěl silnými bolestmi a postižením. K další tragédii došlo v roce 1875, kdy jeho žena zemřela při porodu dítěte. Dítě, který přežil, byl jejich šestý, ale jen čtyři, dva chlapci a dvě dívky, přežil Clausius. Nicméně, po smrti jeho manželky Clausius měl zodpovědnost vychovávat své rodiny a spolu s jeho válečné zranění, znamenalo, že měl malou šanci na koncentrované akademické práce. Jeho bratr napsal:-
byl nejlepší a nejlaskavější z otců a plně vstupoval do radosti svých dětí. Sám dohlížel na školní práci svých dětí.
jako způsob, jak překonat problémy se zraněnou nohou a umožnit mu snadnější dosažení přednášek, mu lékař doporučil, aby se vydal na koni. To Clausius udělal a v roce 1878 se ujal jízdy, brzy se stal odborným jezdcem. V roce 1884 se stal rektorem univerzity v Bonnu a v této funkci pokračoval i v roce 1885. Poté se v roce 1886 znovu oženil. Jeho druhou manželkou byla Sophie Stack z Essenu a Clausius měl se svou druhou manželkou ještě jedno dítě, syna. Pokračoval v práci až do své poslední nemoci; ve skutečnosti, jak vyprávěl jeho bratr: –
dokonce i na svém posledním nemocenském lůžku provedl vyšetření.
Clausius byl teoretický fyzik, ve skutečnosti hrál důležitou roli při vytváření teoretické fyziky jako disciplíny. Jak jsme se zmínili výše jeho nejslavnější kniha byla Über die bewegende Kraft der Wärme Ⓣ číst do Berlínské Akademie dne 18. února 1850 a publikoval v Annalen der Physik v témže roce. Tento článek představuje základ moderní termodynamiky. V tomto článku: –
… Clausius nejprve uvedl základní myšlenku druhého termodynamického zákona. On používá to v tom, že pro Carnotův cyklus’, která přenáší teplo mezi dvěma ohni nádrží při různých teplotách a zároveň převádí teplo do práce, maximálně práce získat z daného množství tepla závisí pouze na teplotách tepelného nádrže a ne na charakter pracovní látky.
abychom pochopili význam Clausiusovy práce, měli bychom říci několik slov o teorii tepla, která existovala v této době. Tato teorie se nazývá kalorický teorie byla založena na dvou axiomů, a že teplo ve vesmíru je zachováno, a to teplo v podstatě je funkcí stavu látky. Laplace, Poisson, Sadi Carnot a Clapeyron všichni vyvinuli předmět pomocí této kalorické teorie jako základu. Clausius však ve svém příspěvku z roku 1850 jasně uvádí, že předpoklady kalorické teorie jsou nepravdivé a dává dva zákony termodynamiky, které nahrazují nesprávné předpoklady. Vysvětlil povahu volného tepla a latentního tepla.
první zákon termodynamiky uvádí rovnocennost tepla a práce: kdykoli se práce provádí teplem, spotřebuje se ekvivalentní množství tepla. Clausius měl experimentální důkaz tohoto zákona, ne z jeho vlastních experimentů, ale od těch Joule. Přijetí prvního termodynamického zákona okamžitě ukázalo, že oba axiomy kalorické teorie jsou nepravdivé. Clausius interpretoval volné teplo jako kinetickou energii částic těla. Práce vynaložená na zvýšení této kinetické energie by vedla ke zvýšení teploty. Latentní teplo bylo teplo, které bylo zničeno při práci prováděné proti silám mezi molekulami.
základní rovnici Clausius byl proto dQ = dU + dW dQ, kde byl přírůstek do tepla, dU byla změna v energii těla, a dW byla změna ve vnější práce. Zavedení U, energie těla, mělo velký význam, i když Clausius mu nedal jméno. Roky poté, co se objevil jeho papír, Thomson nazval u vnitřní energií. Je to celkové množství práce, které by mohlo být teoreticky extrahováno z látky. Měli bychom poznamenat, že Thomson ve svém příspěvku z roku 1851 píše (viz například ): –
… zásluha prvního založení na správných principech je zcela způsobena Clausiusem.
Gibbs napsal (viz například ): –
… ve vzpomínkách Clausia … vznikla věda termodynamiky. … Dalo by se říci, kdykoli od vydání monografie, že základy vědy byly bezpečné, jeho definice jasné, a jeho hranice odlišné.
tento článek z roku 1850 obsahoval verzi druhých zákonů termodynamiky, a to, že teplo má tendenci proudit z horkých do studených těles. Nicméně: –
… to byl jen začátek Clausiusova dlouhého zapojení do studia druhého zákona. V následujících patnácti letech měl vydat dalších osm pamětí, ve kterých se pokusil uvést druhý zákon do jednodušší, obecnější a matematické podoby.
Clausius ve své práci přepracoval princip účinnosti tepelných motorů Sadi Carnot. Objevuje se Clausius-Clapeyronova rovnice, která vyjadřuje vztah mezi tlakem a teplotou, při které jsou dvě fáze látky v rovnováze. Entropii uznal jako veličinu, která zůstává invariantní při změnách objemu a teploty v Carnotově cyklu již v roce 1850, ale v té době tento důležitý koncept nejmenoval. Stále bez udání pojmu název Clausius formuloval, v monografii z roku 1854, základy teorie, koncepce opatření transformace ekvivalence později nazývá entropie. V dokumentu, který publikoval v roce 1865 koncept je pojmenován jasně definovaný poprvé.
ve své práci z roku 1865 Clausius uvedl první a druhý zákon termodynamiky v následující podobě.
2. Entropie vesmíru má tendenci k maximu.
výše jsme se zmínili o velkém vlastenectví, které Clausius projevil. To se mu v některých ohledech ukázalo jako nevýhoda v jeho výzkumných šetřeních. Byl zapojen do různých sporů. První spor byl s Thomsonem kvůli výsledku Joule, který citoval v jednom ze svých dokumentů. Clausius byl velmi kritický, že Němec byl první, kdo stanovil výsledek, ne Angličan Joule.
druhý spor byl s Taitem o to, kdo jako první navrhl rovnocennost práce a tepla. To nebylo, že jeden z nich tvrdili, že to pro sebe, ale spíše o spor mezi Tait a Tyndall, zda Joule nebo Julius von Mayer prioritou. Clausius narazil do diskuse zcela náhodně, když ho Tyndall požádal, aby mu poslal všechny von Mayerovy dokumenty. Clausius však v roce 1868 publikoval článek, v němž uvedl, že nejen von Mayer měl přednost, ale také německý národ.
více ostrý spor mezi Tait a Clausius začal v roce 1872, kdy Maxwell publikoval Teorii Tepla. Clausius uvedl, že Britové se snaží tvrdit více, než si zaslouží pro teorii tepla, která, Clausius řekl, on sám byl objevitel. Jeden by musel dodat, že Maxwell měl v průběhu několika let, plně uznána Clausius příspěvek, takže měl málo důvodů pro stížnosti. Smutkem situace byl vliv Clausiova postoje na jeho vlastní úspěchy. Daub píše v :-
Clausius je velký odkaz na fyzika je nepochybně jeho nápad nezvratného zvýšení entropie, a přesto jsme najít žádný náznak zájmu o Jóšijáš Gibbs ‘ práce na chemické rovnováhy nebo Boltzmannovy názory na to, termodynamiky a pravděpodobnost, které byly zcela závislé na jeho nápad. To je divné, že on sám ukázal, žádný sklon usilovat o porozumění molekulárním nevratné, entropie, nebo najít další aplikace na myšlenku, že je cizinec, a to i tragické, že vyjádřil obavy, ne pro práce jeho současníků, kteří byli plnění těch úkolů.
někteří historici tvrdí, že Clausius více využíval myšlenky druhých, než byl ochoten připustit. Například Kim v píše: –
… naším cílem je pochopit, co Clausius udělal v tomto dlouhém úsilí. Vysvětlíme, jak jeho práci sledovala zejména samozřejmě, že to trvalo, který zahrnoval odbočení, mezery, a dokonce i některé zmatky, a které zavádí některé velmi obtížné nové pojmy jako ‘nekompenzované transformace’, ‘disgregation’ a ‘entropie’. Zvláštní pozornost věnujeme myšlence Williama Thomsona “univerzální tendence k rozptylu energie” jako možného zdroje motivace, který je základem celého úsilí.
nesmíme budit dojem, že Clausiovo dílo pro něj nemělo mimořádný význam. Nesmíme také vyvolávat dojem, že pracoval pouze na termodynamice, po roce 1875 se soustředil na elektrodynamickou teorii. Dal princip zachování energie v elektrodynamice související se silovým zákonem akce na dálku, který na rozdíl od Coulombova závisel na rychlostech a akceleracích. Clausius se záměrně rozhodl nastavit rovnice tak, aby byly: –
… v nejjednodušší a tedy nejpravděpodobnější formě.
Jeho teorie byla v poměrně dobré shodě s většinou experimentální výsledky, ale je založeno na absolutní rychlosti, což mělo za následek poplatek v klidu na zemi je vystaveno síle v důsledku pohybu země. Clausius odpověděl na kritiku, ale řekl, že jeho absolutní rychlost byla relativní k médiu obklopujícímu náboj. Navzdory obtížím v teorii hrála důležitou roli ve vývoji elektrodynamické teorie.
Clausius obdržel za svou práci mnoho vyznamenání. Seznam je dlouhý a zmíníme jen velmi málo. V roce 1868 byl zvolen členem Královské společnosti v Londýně a v roce 1879 obdržel Copleyovu medaili. Také on získal Medaili Huygens v roce 1870, Poncelet v roce 1883, a obdržel čestný doktorát na Univerzitě ve Würzburgu v roce 1882.
FitzGerald, v , dát to v pořádku hold Clausius:-
byl to ušlechtilý příklad toho ducha, který se věnuje přímo ve prospěch lidstva, a že nebude marnit čas na drobné elaborations na dost problémů. Byl v nejvyšším smyslu praktický, jeho práce je věčná a jeho paměť bude žít tak dlouho, dokud lidstvo uctí své dobrodince.
