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Biografia

Il padre di Rudolf Clausius, Rev C E G Clausius, era consigliere del Consiglio scolastico del Governo reale. Ha fondato una piccola scuola privata, diventando il suo principale, e come ministro della chiesa ha anche servito come suo pastore. Rudolf è stato allevato in una grande famiglia, essendo il sesto dei figli di suo padre. Frequentò la scuola di suo padre per alcuni anni e poi si trasferì in un ginnasio a Stettino (ora Szczecin, Polonia) dove rimase fino a quando non aveva completato la sua scuola nel 1840. Uno dei suoi fratelli, Robert Clausius, ha scritto che a scuola: –

… tutti intimi con lui hanno imparato a stimare la sua affidabilità e veridicità. … la più grande fiducia e fiducia furono riposte in lui. Il suo giudizio … era molto apprezzato.

Clausius è entrato l’Università di Berlino nel 1840, anche se in questa fase non era ancora chiaro quali soggetti avrebbe perseguito. Per un po ‘ è stato fortemente attratto verso la storia, ma alla fine ha deciso di concentrarsi sulla matematica e fisica. E ‘ stato in questi soggetti che ha completato il suo grado di Pasqua dell’anno 1844 e poi ha trascorso un anno di prova insegnamento presso il Frederic-Werder Gymnasium. Presso il Ginnasio Clausius ha insegnato le classi avanzate in matematica e fisica.
Nel 1846 entrò nel Royal Seminary di Boeck e presentò la sua tesi, sul problema della luce riflessa nel cielo, all’Università di Halle nel 1847. Ha ricevuto il suo dottorato, con distinzione, il 15 luglio 1848. Questo primo lavoro di Clausius era finalizzato a spiegare il colore blu del cielo, i colori rossi visti all’alba e al tramonto e la polarizzazione della luce; vedi per i dettagli. Si è rivelato non essere basato sulla fisica corretta perché ha assunto gli effetti sono stati causati dalla riflessione e rifrazione della luce piuttosto che essere causato dalla dispersione della luce come Thomson proposto. Tuttavia, in questo lavoro Clausius matematica applicata molto più profondamente di qualsiasi dei suoi predecessori ed è una buona illustrazione di come problemi fisici guidare lo sviluppo della matematica, anche quando la loro base fisica è unsound.
Il primo articolo di Clausius sulla teoria meccanica del calore fu pubblicato nel 1850. Questa è la sua opera più famosa e ne discuteremo di seguito il contenuto e il significato. La sua importanza fu rapidamente riconosciuta e fu invitato al posto di professore presso la Royal Artillery and Engineering School di Berlino il 25 settembre 1850. E ‘ diventato anche un docente presso l’Università di Berlino e ha dato la sua lezione inaugurale presso l’Università il 18 dicembre.

Il 29 agosto 1855 Clausius è stato nominato alla Cattedra di Fisica matematica presso il Polytechnikum di Zurigo e allo stesso tempo è stato anche nominato per l’Università di Zurigo. E ‘ stato certamente un luogo eccellente per Clausius per spingere in avanti le sue idee circondato da altri eccellenti matematici e fisici. Ora è stato tirato in due direzioni, uno è quello di rimanere a Zurigo scientificamente eccellente e l’altro di tornare in Germania, un paese che amava profondamente. Nel 1858 è stato offerto un posto al Politecnico di Karlsruhe, ma ha rifiutato. L’anno successivo, il 19 novembre, sposò Adelheid Rimpam. Ancora una volta nel 1862 è stato offerto un posto al Politecnico di Brunswick, ma rifiutato nonostante l’offerta proveniente dalla città natale di sua moglie, come ha fatto l’offerta da Vienna quattro anni più tardi.
Poi, nel 1867, quando ha offerto una cattedra da parte dell’Università di Würzburg ha accettato, esprimendo profondo rammarico per lasciare Zurigo, ma alla fine trovando che non poteva più resistere al suo desiderio di tornare alla sua nativa Germania. Era stato solo un anno a Würzburg, quando gli è stato offerto un posto a Monaco di Baviera. Ha rifiutato questa offerta, ma l’anno successivo, 1869, ha accettato un’offerta di una cattedra presso l’Università di Bonn. Poco dopo, tuttavia, gli eventi politici avrebbero avuto un effetto importante sulla vita di Clausius.
Bismarck era riuscito a creare una Confederazione tedesca del Nord, ma stava cercando un modo per incoraggiare gli stati del sud ad aderire. La Francia credeva di poter facilmente sconfiggere i nuovi stati tedeschi e Bismarck si rese conto che una guerra con la Francia sarebbe stato l’evento di cui aveva bisogno per riunire tutti gli stati tedeschi. Ha abilmente progettato una situazione in cui ha provocato i francesi a iniziare la guerra che entrambe le parti avevano voluto. Clausius era un patriota tedesco e, anche se era vicino a 50 anni di età, ha offerto i suoi servizi al suo paese nella guerra franco-prussiana che era scoppiata.
Le forze tedesche erano molto più forti di quanto i francesi avessero immaginato e presto l’esercito francese era in ritirata. Due battaglie cruciali a Vionville e Gravelotte non furono certamente decisive per i tedeschi che persero 20000 uomini a Gravelotte rispetto a una perdita di 13000 dai francesi. Tuttavia, quando l’esercito tedesco si aspettava che i francesi avanzassero e spingessero a casa il loro leggero vantaggio, invece si ritirarono e divenne una vittoria tattica per i tedeschi. Il fratello di Clausius Robert scrisse: –

Il suo ardente patriottismo non gli permise di rimanere inattivo a casa durante la guerra del 1870-71. Ha intrapreso la guida di un corpo di ambulanza, che ha formato da studenti di Bonn. Nelle grandi battaglie di Vionville e Gravelotte aiutò a portare i feriti dalla battaglia e a ridurre le loro sofferenze.

Clausius ricevette la Croce di ferro nel 1871 per i suoi servizi alla campagna di Germania. Tuttavia, fu ferito alla gamba durante le battaglie e subì forti dolori e disabilità per il resto della sua vita. Un’ulteriore tragedia si verificò nel 1875 quando sua moglie morì durante la nascita di un bambino. Il bambino, che sopravvisse, era il loro sesto ma solo quattro, due ragazzi e due ragazze, sopravvissero a Clausius. Tuttavia, dopo la morte di sua moglie Clausius aveva la responsabilità di far crescere la sua famiglia e, insieme alla sua ferita di guerra, significava che aveva poche possibilità di lavoro accademico concentrato. Suo fratello ha scritto:-

Era il migliore e più affettuoso dei padri, entrando pienamente nelle gioie dei suoi figli. Lui stesso supervisionava i compiti scolastici dei suoi figli.

Come modo per superare i problemi con la gamba ferita e per permettergli di raggiungere le sue lezioni più facilmente, il suo medico gli consigliò di intraprendere l’equitazione. Questo fece Clausius e nel 1878 iniziò a cavalcare, diventando presto un esperto cavaliere. Nel 1884 divenne rettore dell’Università di Bonn, continuando in questo ruolo durante il 1885. Poi, nel 1886, si sposò di nuovo. La sua seconda moglie era Sophie Stack da Essen e Clausius aveva un altro figlio, un figlio, con la sua seconda moglie. Ha continuato a lavorare fino alla sua ultima malattia; infatti come suo fratello ha raccontato:-

Anche sul suo ultimo letto di malattia ha tenuto un esame.

Clausius era un fisico teorico, infatti ha svolto un ruolo importante nello stabilire la fisica teorica come disciplina. Come abbiamo detto sopra il suo più famoso documento è stato Über die bewegende Kraft der Wärme read letto all’Accademia di Berlino il 18 febbraio 1850 e pubblicato in Annalen der Physik nello stesso anno. Questo documento segna il fondamento della moderna termodinamica. In questo documento: –

… Clausius prima ha dichiarato l’idea di base della seconda legge della termodinamica. Lo ha usato per dimostrare che per un “ciclo di Carnot”, che trasmette calore tra due serbatoi di calore a temperature diverse e allo stesso tempo converte il calore in lavoro, il lavoro massimo ottenuto da una data quantità di calore dipende esclusivamente dalle temperature dei serbatoi di calore e non dalla natura della sostanza di lavoro.

Per comprendere il significato della carta di Clausius dovremmo dire alcune parole sulla teoria del calore che esisteva in questo momento. Questa teoria, chiamata teoria calorica, si basava su due assiomi, vale a dire che il calore nell’universo è conservato e che il calore in una sostanza è una funzione dello stato della sostanza. Laplace, Poisson, Sadi Carnot e Clapeyron avevano tutti sviluppato il soggetto usando questa teoria calorica come base. Tuttavia, nel suo documento del 1850, Clausius afferma chiaramente che le ipotesi della teoria calorica sono false e dà due leggi della termodinamica per sostituire le ipotesi errate. Ha dato spiegazioni sulla natura del calore libero e del calore latente.
La Prima Legge della Termodinamica afferma l’equivalenza del calore e del lavoro: ogni volta che il lavoro viene svolto dal calore, viene consumata una quantità equivalente di calore. Clausius aveva prove sperimentali di questa legge, non dai suoi esperimenti, ma da quelli di Joule. L’accettazione della Prima Legge della termodinamica ha mostrato immediatamente che entrambi gli assiomi della teoria calorica sono falsi. Clausius interpretò il calore libero come l’energia cinetica delle particelle del corpo. Il lavoro messo in aumento di questa energia cinetica si tradurrebbe in un aumento della temperatura. Il calore latente era il calore che era stato distrutto nel lavoro eseguito contro le forze tra le molecole.
L’equazione di base stabilita da Clausius era quindi dQ = dU + dW dove dQ era l’incremento del calore, dU era il cambiamento di energia del corpo e dW era il cambiamento nel lavoro esterno svolto. L’introduzione di U, l’energia del corpo, era di grande importanza anche se Clausius non gli diede un nome. Gli anni dopo la sua carta è apparso, Thomson chiamato U l’energia intrinseca. È la quantità totale di lavoro che potrebbe essere teoricamente estratto da una sostanza. Dovremmo notare che Thomson, nel suo articolo del 1851, scrive (vedi per esempio ):-

… il merito di stabilire prima su principi corretti è interamente dovuto a Clausius.

Gibbs ha scritto (vedi per esempio ):-

… nel libro di memorie di Clausius … la scienza della termodinamica è nata. … Si potrebbe dire in qualsiasi momento dalla pubblicazione del libro di memorie che le basi della scienza erano sicure, le sue definizioni chiare e i suoi confini distinti.

Questo documento del 1850 conteneva una versione delle Seconde leggi della termodinamica, cioè che il calore tende a fluire da corpi caldi a freddi. Tuttavia: –

… questo fu solo l’inizio del lungo coinvolgimento di Clausius nello studio della seconda legge. Nei successivi quindici anni è stato quello di pubblicare altre otto memorie in cui ha cercato di mettere la seconda legge in una forma più semplice, più generale e matematica.

Clausius ha ribadito il principio di Sadi Carnot dell’efficienza dei motori termici nel suo lavoro. Appare l’equazione di Clausius-Clapeyron che esprime la relazione tra la pressione e la temperatura alla quale due fasi di una sostanza sono in equilibrio. Riconobbe l’entropia come la quantità che rimane invariante durante i cambiamenti di volume e temperatura in un ciclo di Carnot già nel suo articolo del 1850, ma non nominò questo importante concetto in quel momento. Ancora senza dare il concetto di un nome Clausius formulato, in un libro di memorie del 1854, i rudimenti della teoria del concetto di misura di trasformazione equivalenza ha poi chiamato entropia. In un documento che ha pubblicato nel 1865 il concetto è chiamato un chiaramente definito per la prima volta.
Nel suo documento del 1865 Clausius ha dichiarato la prima e la seconda legge della termodinamica nella seguente forma.

Abbiamo citato sopra il grande patriottismo mostrato da Clausius. Questo si è rivelato in qualche modo uno svantaggio per lui in alcuni modi nelle sue indagini di ricerca. Fu coinvolto in varie dispute. La prima controversia è stata con Thomson su un risultato di Joule che aveva citato in uno dei suoi documenti. Clausius era molto critico sul fatto che un tedesco fosse stato il primo a stabilire il risultato, non l’inglese Joule.
La seconda disputa fu con Tait su chi fu il primo a proporre l’equivalenza tra lavoro e calore. Non era che uno di loro ha sostenuto questo per se stessi, ma piuttosto la disputa era tra Tait e Tyndall sul fatto che Joule o Julius von Mayer avevano la priorità. Clausius inciampò nella controversia abbastanza accidentalmente quando Tyndall gli aveva chiesto di inviargli tutti i documenti di von Mayer. Tuttavia Clausius poi pubblicato un articolo nel 1868 affermando che non solo von Mayer hanno la priorità, ma così ha fatto la nazione tedesca.
Una disputa più aspra tra Tait e Clausius iniziò nel 1872 quando Maxwell pubblicò la Teoria del calore. Clausius ha dichiarato che gli inglesi stavano cercando di rivendicare più di quanto meritassero per la teoria del calore che, Clausius ha detto, solo lui era lo scopritore. Si dovrebbe aggiungere che Maxwell aveva, nel corso di un certo numero di anni, pienamente riconosciuto il contributo di Clausius, quindi aveva pochi motivi per la denuncia. La tristezza della situazione era l’effetto che l’atteggiamento di Clausius aveva sui suoi risultati. Daub scrive in :-

La grande eredità di Clausius alla fisica è senza dubbio la sua idea dell’aumento irreversibile dell’entropia, eppure non troviamo alcuna indicazione di interesse per il lavoro di Josiah Gibbs sull’equilibrio chimico o per le opinioni di Boltzmann sulla termodinamica e sulla probabilità, entrambe completamente dipendenti dalla sua idea. È strano che egli stesso non abbia mostrato alcuna inclinazione a cercare una comprensione molecolare dell’entropia irreversibile o a trovare ulteriori applicazioni dell’idea; è ancora strano, e persino tragico, che non abbia espresso alcuna preoccupazione per il lavoro dei suoi contemporanei che stavano compiendo quegli stessi compiti.

Alcuni storici sostengono che Clausius ha fatto più uso delle idee degli altri di quanto fosse disposto ad ammettere. Ad esempio Kim in scrive:-

… il nostro scopo è dare un senso a ciò che Clausius ha fatto in questo lungo sforzo. Spieghiamo come il suo lavoro ha seguito il corso particolare che ha preso, che ha coinvolto digressioni, scappatoie e persino alcune confusioni, e che ha introdotto alcuni concetti nuovi molto difficili come “trasformazione non compensata”, “disgregazione” e “entropia”. Attiriamo un’attenzione particolare sull’idea di William Thomson della “tendenza universale alla dissipazione dell’energia” come possibile fonte di motivazione alla base dell’intero sforzo.

Non dobbiamo dare l’impressione che il lavoro di Clausius non è stato di eccezionale importanza per la maggior parte certamente è stato. Dobbiamo anche non dare l’impressione che ha lavorato solo sulla termodinamica per, dopo il 1875, si è concentrato sulla teoria elettrodinamica. Ha dato un principio di conservazione dell’energia in elettrodinamica relativa ad una legge di forza di azione-a-distanza che, a differenza di quella data da Coulomb, dipendeva velocità e accelerazioni. Clausius ha deliberatamente fatto delle scelte nell’impostare le equazioni in modo che fossero:-

… nella forma più semplice e quindi più probabile.

La sua teoria era abbastanza in accordo con la maggior parte dei risultati sperimentali, ma, essendo basata su velocità assolute, risultava in una carica a riposo sulla terra sottoposta a una forza dovuta al moto della terra. Clausius ha risposto alle critiche, ma dicendo che la sua velocità assoluta era relativa al mezzo che circonda la carica. Nonostante le difficoltà nella teoria ha svolto un ruolo importante nello sviluppo della teoria elettrodinamica.
Clausius ha ricevuto molti onori per il suo lavoro. L’elenco è lungo e ne menzioneremo solo pochissimi. Fu eletto membro della Royal Society di Londra nel 1868 e ricevette la Medaglia Copley nel 1879. Ha anche ricevuto la Medaglia Huygens nel 1870, il Premio Poncelet nel 1883, e ha ricevuto un dottorato onorario dall’Università di Würzburg nel 1882.
FitzGerald, in, dare questo bel omaggio a Clausius: –

Egli era un nobile esempio dello spirito che si dedica a beneficio direttamente l’umanità, e che non perde tempo su elaborazioni meschine di problemi piuttosto. Era nel senso più alto pratico, la sua opera è eterna e la sua memoria vivrà finché l’umanità riverirà i suoi benefattori.