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Biographie

Rudolf Clausius ‘Vater, Rev C E G Clausius, war ein Rat der Royal Government School Board. Er gründete eine kleine Privatschule und wurde deren Direktor, und als Pfarrer der Kirche diente er auch als Pastor. Rudolf wuchs in einer großen Familie auf und war der sechste Sohn seines Vaters. Er besuchte einige Jahre die Schule seines Vaters und wechselte dann auf ein Gymnasium in Stettin (heute Stettin, Polen), wo er bis zu seinem Schulabschluss 1840 blieb. Einer seiner Brüder, Robert Clausius, schrieb das in der Schule: –

… alle, die mit ihm vertraut waren, lernten, seine Zuverlässigkeit und Wahrhaftigkeit zu schätzen. … das größte Vertrauen und Vertrauen wurde in ihn gesetzt. Sein Urteil … war sehr geschätzt.

Clausius trat 1840 in die Universität Berlin ein, obwohl ihm zu diesem Zeitpunkt noch nicht klar war, welche Fächer er verfolgen würde. Für eine Weile war er stark von der Geschichte angezogen, aber schließlich beschloss er, sich auf Mathematik und Physik zu konzentrieren. In diesen Fächern schloss er bis Ostern des Jahres 1844 sein Studium ab und verbrachte anschließend ein Probejahr als Lehrer am Frederic-Werder-Gymnasium. Am Gymnasium unterrichtete Clausius die fortgeschrittenen Klassen in Mathematik und Physik.
1846 trat er in das Königliche Seminar von Boeck ein und legte 1847 seine Dissertation über das Problem des reflektierten Lichts am Himmel an der Universität Halle vor. Er promovierte am 15.Juli 1848 mit Auszeichnung. Diese frühe Arbeit von Clausius sollte die blaue Farbe des Himmels erklären, die roten Farben bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang gesehen, und die Polarisation des Lichts; siehe für Details. Es hat sich herausgestellt, dass es nicht auf korrekter Physik basiert, da angenommen wurde, dass die Effekte eher durch Reflexion und Brechung von Licht als durch Streuung von Licht verursacht wurden, wie Thomson vorgeschlagen hatte. Doch in dieser Arbeit Clausius angewandte Mathematik weit tiefer als jeder seiner Vorgänger, und es ist ein gutes Beispiel dafür, wie physikalische Probleme fahren die Entwicklung der Mathematik, auch wenn ihre physikalische Grundlage ist unsolide.
Clausius’erste Arbeit über die mechanische Theorie der Wärme wurde 1850 veröffentlicht. Dies ist sein berühmtestes Werk und wir werden im Folgenden seinen Inhalt und seine Bedeutung diskutieren. Seine Bedeutung wurde schnell erkannt und er wurde eingeladen, den Posten des Professors an der Royal Artillery and Engineering School in Berlin am 25. September 1850. Zudem wurde er Dozent an der Universität Berlin und hielt dort am 18.Dezember seine Antrittsvorlesung.

Am 29.August 1855 wurde Clausius an den Lehrstuhl für Mathematische Physik am Polytechnikum in Zürich berufen und gleichzeitig auch an die Universität Zürich berufen. Es war sicherlich ein ausgezeichneter Ort für Clausius, um seine Ideen voranzutreiben, umgeben von anderen ausgezeichneten Mathematikern und Physikern. Er wurde nun in zwei Richtungen gezogen, die eine, um im wissenschaftlich ausgezeichneten Zürich zu bleiben, und die andere, um nach Deutschland zurückzukehren, ein Land, das er zutiefst liebte. 1858 wurde ihm eine Stelle am Polytechnikum Karlsruhe angeboten, die er aber ablehnte. Im folgenden Jahr, am 19.November, heiratete er Adelheid Rimpam. 1862 wurde ihm erneut eine Stelle am Polytechnikum in Braunschweig angeboten, die er jedoch trotz des Angebots aus der Heimatstadt seiner Frau ablehnte, wie er es vier Jahre später aus Wien tat.
Dann im Jahre 1867, als eine Professur an der Universität Würzburg angeboten nahm er zum Ausdruck tiefes Bedauern über das Verlassen Zürich, aber schließlich finden konnte er nicht mehr widerstehen, seinen Wunsch, in seine Heimat Deutschland zurückzukehren. Er war erst ein Jahr in Würzburg, als ihm eine Stelle in München angeboten wurde. Er lehnte dieses Angebot ab, nahm aber im folgenden Jahr, 1869, ein Angebot eines Lehrstuhls an der Universität Bonn an. Bald darauf hatten jedoch politische Ereignisse einen großen Einfluss auf Clausius ‘Leben.
Bismarck hatte es geschafft, einen norddeutschen Bund zu schaffen, suchte aber nach einem Weg, die südlichen Staaten zum Beitritt zu ermutigen. Frankreich glaubte, die neuen deutschen Staaten leicht besiegen zu können, und Bismarck erkannte, dass ein Krieg mit Frankreich das Ereignis sein würde, das er brauchte, um alle deutschen Staaten zusammenzubringen. Er konstruierte geschickt eine Situation, in der er die Franzosen provozierte, den Krieg einzuleiten, den beide Seiten gewollt hatten. Clausius war ein deutscher Patriot und, obwohl er sich dem 50. Lebensjahr näherte, bot er seinem Land seine Dienste im ausgebrochenen deutsch-französischen Krieg an.
Die deutschen Truppen waren viel stärker, als die Franzosen es sich vorgestellt hatten, und bald befand sich die französische Armee auf dem Rückzug. Zwei entscheidende Schlachten bei Vionville und Gravelotte waren sicherlich nicht entscheidend für die Deutschen, die 20000 Männer bei Gravelotte verloren, verglichen mit einem Verlust von 13000 durch die Franzosen. Als die deutsche Armee jedoch erwartete, dass die Franzosen vorrücken und ihren leichten Vorteil nach Hause drücken würden, zogen sie sich stattdessen zurück und es wurde ein taktischer Sieg für die Deutschen. Clausius ‘Bruder Robert schrieb: –

Sein brennender Patriotismus erlaubte ihm nicht, während des Krieges von 1870-71 zu Hause untätig zu bleiben. Er übernahm die Leitung eines Ambulanzkorps, das er aus Bonner Studenten bildete. In den großen Schlachten von Vionville und Gravelotte half er, die Verwundeten aus der Schlacht zu tragen und ihr Leiden zu lindern.

Clausius erhielt 1871 für seine Verdienste um den deutschen Feldzug das Eiserne Kreuz. Er wurde jedoch während der Kämpfe am Bein verwundet und erlitt für den Rest seines Lebens starke Schmerzen und Behinderungen. Eine weitere Tragödie ereignete sich 1875, als seine Frau bei der Geburt eines Kindes starb. Das Kind, das überlebte, war ihr sechstes, aber nur vier, zwei Jungen und zwei Mädchen, überlebten Clausius. Nach dem Tod seiner Frau hatte Clausius jedoch die Verantwortung, seine Familie großzuziehen, und zusammen mit seiner Kriegsverletzung hatte er kaum Chancen auf konzentrierte akademische Arbeit. Sein Bruder schrieb:-

Er war der beste und liebevollste aller Väter und trat voll in die Freuden seiner Kinder ein. Er selbst beaufsichtigte die Schularbeiten seiner Kinder.

Um die Probleme mit seinem verletzten Bein zu überwinden und ihm zu ermöglichen, seine Vorlesungen leichter zu erreichen, riet ihm sein Arzt, mit dem Reiten zu beginnen. Dies tat Clausius und 1878 nahm er das Reiten auf und wurde bald ein erfahrener Reiter. 1884 wurde er Rektor der Universität Bonn und setzte diese Funktion 1885 fort. 1886 heiratete er erneut. Seine zweite Frau war Sophie Stack aus Essen und Clausius hatte ein weiteres Kind, einen Sohn, mit seiner zweiten Frau. Er arbeitete weiter bis zu seiner letzten Krankheit; in der Tat, wie sein Bruder erzählte: –

Sogar auf seinem letzten Krankenbett hielt er eine Untersuchung ab.

Clausius war theoretischer Physiker, tatsächlich spielte er eine wichtige Rolle bei der Etablierung der theoretischen Physik als Disziplin. Wie wir oben erwähnt sein berühmtestes Papier war Über die bewegliche Kraft der Wärme Ⓣ Lesen Sie an der Berliner Akademie am 18. Februar 1850 und veröffentlicht in Annalen der Physik im selben Jahr. Dieses Papier markiert die Grundlage der modernen Thermodynamik. In diesem Papier :-

… Clausius erklärte zuerst die Grundidee des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Er verwendete es, um zu zeigen, dass für einen ‘Carnot-Zyklus’, der Wärme zwischen zwei Wärmespeichern mit unterschiedlichen Temperaturen überträgt und gleichzeitig Wärme in Arbeit umwandelt, die maximale Arbeit, die aus einer gegebenen Wärmemenge erhalten wird, ausschließlich von den Temperaturen der Wärmespeicher abhängt und nicht von der Art der Arbeitssubstanz.

Um die Bedeutung des Clausius-Papiers zu verstehen, sollten wir ein paar Worte über die Theorie der Wärme sagen, die zu dieser Zeit existierte. Diese Theorie, die als kalorische Theorie bezeichnet wird, basierte auf zwei Axiomen, nämlich dass die Wärme im Universum konserviert wird und dass die Wärme in einer Substanz eine Funktion des Zustands der Substanz ist. Laplace, Poisson, Sadi Carnot und Clapeyron hatten alle das Thema unter Verwendung dieser kalorischen Theorie als Grundlage entwickelt. In seiner Arbeit von 1850 stellt Clausius jedoch klar fest, dass die Annahmen der kalorischen Theorie falsch sind, und er gibt zwei Gesetze der Thermodynamik an, um die falschen Annahmen zu ersetzen. Er gab Erklärungen zur Natur der freien Wärme und der latenten Wärme.
Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt die Äquivalenz von Wärme und Arbeit: Wenn Arbeit durch Wärme geleistet wird, wird eine äquivalente Wärmemenge verbraucht. Clausius hatte experimentelle Beweise für dieses Gesetz, nicht aus seinen eigenen Experimenten, sondern aus denen von Joule. Die Annahme des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik zeigte sofort, dass beide Axiome der kalorischen Theorie falsch sind. Clausius interpretierte freie Wärme als die kinetische Energie der Teilchen des Körpers. Die Arbeit zur Erhöhung dieser kinetischen Energie würde zu einem Temperaturanstieg führen. Latente Wärme war Wärme, die bei der Arbeit gegen Kräfte zwischen Molekülen zerstört worden war.
Die von Clausius aufgestellte Grundgleichung war daher dQ = dU + dW, wobei dQ das Inkrement der Wärme war, dU die Änderung der Energie des Körpers war und dW die Änderung der geleisteten externen Arbeit war. Die Einführung von U, der Energie des Körpers, war von großer Bedeutung, obwohl Clausius ihr keinen Namen gab. In den Jahren nach seinem Erscheinen nannte Thomson U die intrinsische Energie. Es ist die Gesamtmenge an Arbeit, die theoretisch aus einer Substanz extrahiert werden könnte. Wir sollten beachten, dass Thomson in seinem Papier von 1851 schreibt (siehe zum Beispiel ): –

… das Verdienst, zuerst auf richtigen Prinzipien zu gründen, ist ganz Clausius zu verdanken.

Gibbs schrieb (siehe zum Beispiel ):-

… in den Memoiren von Clausius … die Wissenschaft der Thermodynamik entstand. … Man könnte jederzeit seit der Veröffentlichung der Memoiren sagen, dass die Grundlagen der Wissenschaft sicher, ihre Definitionen klar und ihre Grenzen klar waren.395 Dieses Papier von 1850 enthielt eine Version des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, nämlich dass Wärme dazu neigt, von heißen zu kalten Körpern zu fließen. Jedoch :-

… dies war nur der Beginn von Clausius ‘langem Engagement für das Studium des zweiten Gesetzes. In den folgenden fünfzehn Jahren sollte er acht weitere Memoiren veröffentlichen, in denen er versuchte, das zweite Gesetz in eine einfachere, allgemeinere und mathematische Form zu bringen.

Clausius wiederholte Sadi Carnot’s Prinzip der Effizienz von Wärmekraftmaschinen in seiner Arbeit. Es erscheint die Clausius-Clapeyron-Gleichung, die die Beziehung zwischen Druck und Temperatur ausdrückt, bei der sich zwei Phasen einer Substanz im Gleichgewicht befinden. Er erkannte die Entropie als die Menge, die bei Änderungen von Volumen und Temperatur in einem Carnot-Zyklus bereits in seinem 1850-Papier invariant bleibt, aber er nannte dieses wichtige Konzept zu dieser Zeit nicht. Noch ohne dem Begriff einen Namen zu geben, formulierte Clausius in einer Abhandlung von 1854 die Grundlagen der Theorie des Begriffs des Maßes der Transformationsäquivalenz, das er später Entropie nannte. In einem Papier, das er veröffentlicht in 1865 das Konzept ist benannt und klar definiert für die erste Zeit.
In seiner Arbeit von 1865 erklärte Clausius den Ersten und Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in der folgenden Form.

1. Die Energie des Universums ist konstant.
2. Die Entropie des Universums tendiert zu einem Maximum.2979 Wir haben oben auf den großen Patriotismus des Clausius hingewiesen. Dies erwies sich in gewisser Weise als Nachteil für ihn in seinen Forschungsuntersuchungen. Er war in verschiedene Streitigkeiten verwickelt. Der erste Streit war mit Thomson über ein Ergebnis von Joule, das er in einer seiner Arbeiten zitiert hatte. Clausius war sehr kritisch, dass ein Deutscher der erste gewesen war, der das Ergebnis feststellte, nicht der Engländer Joule.
Der zweite Streit war mit Tait darüber, wer als erster die Gleichwertigkeit von Arbeit und Wärme vorschlug. Es war nicht so, dass einer von ihnen dies für sich beanspruchte, sondern der Streit war zwischen Tait und Tyndall darüber, ob Joule oder Julius von Mayer Vorrang hatten. Clausius stolperte ganz zufällig in die Kontroverse, als Tyndall ihn gebeten hatte, ihm alle Papiere von Mayers zu schicken. Clausius veröffentlichte dann jedoch 1868 einen Artikel, in dem er feststellte, dass nicht nur von Mayer Vorrang hatte, sondern auch die deutsche Nation.
Ein erbitterterer Streit zwischen Tait und Clausius begann 1872, als Maxwell Theory of Heat veröffentlichte. Clausius erklärte, dass die Briten versuchten, mehr zu beanspruchen, als sie für die Theorie der Hitze verdienten, die Clausius sagte, er allein sei der Entdecker. Man müsste hinzufügen, dass Maxwell hatte, über eine Reihe von Jahren, voll Clausius Beitrag anerkannt, so hatte er wenig Gründe für die Beschwerde. Die Traurigkeit der Situation war die Wirkung, die Clausius ‘Haltung auf seine eigenen Leistungen hatte. Daub schreibt in :-

Clausius’großes Vermächtnis in der Physik ist zweifellos seine Idee der irreversiblen Zunahme der Entropie, und doch finden wir keinen Hinweis auf Interesse an Josiah Gibbs ‘Arbeit über das chemische Gleichgewicht oder Boltzmanns Ansichten über Thermodynamik und Wahrscheinlichkeit, die beide völlig abhängig waren von seiner Idee. Es ist seltsam, dass er selbst keine Neigung zeigte, ein molekulares Verständnis der irreversiblen Entropie zu suchen oder weitere Anwendungen der Idee zu finden; Es ist noch seltsamer und sogar tragisch, dass er sich nicht um die Arbeit seiner Zeitgenossen kümmerte, die genau diese Aufgaben erfüllten.

Einige Historiker behaupten, Clausius habe sich mehr der Ideen anderer bedient, als er zugeben wollte. Zum Beispiel schreibt Kim in:-

… unser Ziel ist es, zu verstehen, was Clausius in diesem langen Bestreben getan hat. Wir erklären, wie seine Arbeit dem besonderen Verlauf folgte, der Abschweifungen, Schlupflöcher und sogar einige Verwirrungen beinhaltete und einige sehr schwierige neue Konzepte wie ‘unkompensierte Transformation’, ‘Disgregation’ und ‘Entropie’ einführte. Wir weisen besonders auf William Thomsons Idee der ‘universellen Tendenz zur Dissipation von Energie’ als mögliche Motivationsquelle hin, die dem gesamten Bestreben zugrunde liegt.

Wir dürfen nicht den Eindruck erwecken, dass Clausius ‘Werk nicht von herausragender Bedeutung war, denn es war es mit Sicherheit. Wir dürfen auch nicht den Eindruck erwecken, dass er nur an der Thermodynamik arbeitete, denn nach 1875 konzentrierte er sich auf die elektrodynamische Theorie. Er gab ein Prinzip der Energieerhaltung in der Elektrodynamik an, das sich auf ein Kraftgesetz der Fernwirkung bezog, das im Gegensatz zu dem von Coulomb gegebenen von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen abhing. Clausius bewusst Entscheidungen bei der Einrichtung der Gleichungen, so dass sie waren:-

… in der einfachsten und daher wahrscheinlichsten Form.

Seine Theorie stimmte mit den meisten experimentellen Ergebnissen ziemlich gut überein, führte jedoch, basierend auf absoluten Geschwindigkeiten, dazu, dass eine auf der Erde ruhende Ladung aufgrund der Bewegung der Erde einer Kraft ausgesetzt wurde. Clausius antwortete auf die Kritik, sagte aber, dass seine absolute Geschwindigkeit relativ zu dem Medium sei, das die Ladung umgibt. Trotz der Schwierigkeiten in der Theorie spielte es eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der elektrodynamischen Theorie.
Clausius erhielt viele Auszeichnungen für seine Arbeit. Die Liste ist lang und wir werden nur einige wenige nennen. Er wurde 1868 zum Fellow der Royal Society of London gewählt und erhielt 1879 die Copley Medal. 1870 erhielt er die Huygens-Medaille, 1883 den Poncelet-Preis und 1882 die Ehrendoktorwürde der Universität Würzburg.
FitzGerald, in , Geben Sie Clausius diese schöne Hommage: –

Er war ein edles Beispiel für den Geist, der sich dem direkten Nutzen der Menschheit widmet, und das verschwendet keine Zeit mit kleinen Ausarbeitungen hübscher Probleme. Er war im höchsten Sinne praktisch, sein Werk ist ewig, und sein Gedächtnis wird leben, solange die Menschheit ihre Wohltäter verehrt.