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Biography

Rudolf Clausius’s father, Rev C E G Clausius, was a Councillor of the Royal Government School Board. Ele fundou uma pequena escola privada, tornando-se seu Principal, e como ministro da Igreja, ele também serviu como seu pastor. Rudolf foi criado em uma grande família, sendo o sexto dos filhos de seu pai. Ele frequentou a escola de seu pai por alguns anos e, em seguida, mudou-se para um ginásio em Stettin (atual Szczecin, Polônia), onde permaneceu até completar sua escolaridade em 1840. Um de seus irmãos, Robert Clausius, escreveu isso na escola: –

… todos íntimos com ele aprenderam a apreciar sua confiabilidade e veracidade. … a maior confiança e confiança foram colocadas nele. O seu julgamento … era muito valorizado.Clausius entrou na Universidade de Berlim em 1840, embora nesta fase ele ainda não estava claro quais assuntos ele iria perseguir. Por um tempo, ele foi fortemente atraído para a história, mas finalmente ele decidiu se concentrar em matemática e física. Foi nestes assuntos que ele completou seu diploma na Páscoa do ano de 1844 e, em seguida, passou um ano probatório ensinando no ginásio Frederic-Werder. No Gymnasium Clausius ensinou As classes avançadas em matemática e física.Em 1846 entrou no Seminário Real De Boeck e submeteu sua dissertação, sobre o problema da luz refletida no céu, à Universidade de Halle em 1847. Ele recebeu seu doutorado, com distinção, em 15 de julho de 1848. Este trabalho inicial de Clausius tinha como objetivo explicar a cor Azul do céu, as cores vermelhas vistas ao nascer do sol e ao pôr do sol, e a polarização da luz; veja mais detalhes. Ele acabou por não ser baseado em física correta porque assumiu que os efeitos foram causados pela reflexão e refração da luz ao invés de ser causado pela dispersão da luz como Thomson propôs. No entanto, neste trabalho Clausius aplicou a matemática muito mais profundamente do que qualquer um dos seus antecessores e é uma boa ilustração de como os problemas físicos impulsionam o desenvolvimento da matemática, mesmo quando a sua base física não é sólida.O primeiro artigo de Clausius sobre a teoria mecânica do calor foi publicado em 1850. Este é o seu trabalho mais famoso e discutiremos abaixo o seu conteúdo e significado. Sua importância foi rapidamente reconhecida e ele foi convidado para o cargo de Professor na Royal Artillery and Engineering School em Berlim em 25 de setembro de 1850. Ele também se tornou um docente na Universidade de Berlim e deu sua palestra inaugural na Universidade em 18 de dezembro.Em 29 de agosto de 1855 Clausius foi nomeado para a Cátedra de Física Matemática no Polytechnikum em Zurique e, ao mesmo tempo, foi nomeado para a Universidade de Zurique. Era certamente um excelente lugar para Clausius avançar suas ideias rodeadas por outros matemáticos e físicos excelentes. Ele foi agora puxado em duas direções, uma para permanecer no cientificamente excelente Zurique e a outra para voltar para a Alemanha, um país que ele amava profundamente. Em 1858 foi-lhe oferecido um posto no Politécnico de Karlsruhe, mas recusou. No ano seguinte, em 19 de novembro, casou-se com Adelheid Rimpam. Novamente em 1862, ele foi oferecido um posto no Politécnico em Brunswick, mas recusou, apesar da oferta vinda da cidade natal de sua esposa, como ele fez a oferta de Viena quatro anos depois.Em 1867, quando ofereceu um cargo de professor pela Universidade de Würzburg, ele aceitou, expressando profundo pesar por deixar Zurique, mas finalmente descobriu que não podia mais resistir ao seu desejo de voltar para a sua Alemanha natal. Ele tinha sido apenas um ano em Würzburg quando lhe foi oferecido uma posição em Munique. Ele recusou esta oferta, mas no ano seguinte, 1869, aceitou uma oferta de uma cadeira na Universidade de Bonn. Logo depois disso, no entanto, os eventos políticos teriam um grande efeito sobre a vida de Clausius.
Bismarck tinha conseguido criar uma confederação da Alemanha Do Norte, mas estava à procura de uma forma de encorajar os estados do Sul a aderir. A França acreditava que eles poderiam facilmente derrotar os novos estados alemães e Bismarck percebeu que uma guerra com a França seria o evento que ele precisava para unir todos os estados alemães. Ele engenhou habilmente uma situação em que ele provocou os franceses para iniciar a guerra que ambos os lados tinham desejado. Clausius era um patriota alemão e, embora se aproximasse dos 50 anos de idade, ofereceu os seus serviços ao seu país na Guerra Franco-Prussiana que tinha rebentado.As forças alemãs eram muito mais fortes do que os franceses tinham imaginado e logo o exército francês estava em retirada. Duas batalhas cruciais em Vionville e Gravelotte não foram certamente decisivas para os alemães que perderam 20000 homens em Gravelotte em comparação com uma perda de 13000 pelos franceses. No entanto, quando o exército alemão esperava que os franceses avançassem e pressionassem para casa sua pequena vantagem, em vez disso, eles recuaram e tornou-se uma vitória tática para os alemães. O irmão de Clausius, Roberto, escreveu: –

seu patriotismo ardente não lhe permitiu ficar ocioso em casa durante a guerra de 1870-71. Ele assumiu a liderança de um corpo de ambulâncias, que ele formou de estudantes de Bonn. Nas grandes batalhas de Vionville e Gravelotte, ele ajudou a carregar os feridos da batalha e a diminuir o seu sofrimento.Clausius recebeu a Cruz de ferro em 1871 por seus serviços à campanha alemã. No entanto, ele foi ferido na perna durante as batalhas e sofreu forte dor e incapacidade para o resto de sua vida. Uma outra tragédia ocorreu em 1875, quando sua esposa morreu em um parto. A criança, que sobreviveu, foi a sexta, mas apenas quatro, dois meninos e duas meninas, sobreviveram Clausius. No entanto, após a morte de sua esposa Clausius teve a responsabilidade de criar sua família e, juntamente com sua ferida de guerra, significava que ele tinha pouca chance para o trabalho acadêmico concentrado. O irmão dele escreveu:Ele era o melhor e mais afetuoso dos pais, entrando plenamente nas alegrias de seus filhos. Ele próprio supervisionou o trabalho escolar dos seus filhos.Como uma forma de superar os problemas com sua perna ferida, e para permitir que ele chegasse às suas palestras mais facilmente, seu médico aconselhou-o a montar a cavalo. Este Clausius fez e em 1878 ele começou a montar, logo se tornando um cavaleiro especialista. Em 1884 tornou-se reitor da Universidade de Bonn, continuando neste papel durante 1885. Então, em 1886, ele se casou novamente. Sua segunda esposa foi Sophie Stack de Essen e Clausius teve mais um filho, um filho, com sua segunda esposa. Ele continuou a trabalhar até a sua doença final; na verdade, como seu irmão contou: –

mesmo em sua última cama doente ele realizou um exame.Clausius foi um físico teórico, de fato ele desempenhou um papel importante no estabelecimento da física teórica como uma disciplina. Como mencionamos acima seu artigo mais famoso foi Über die bewegende Kraft der Wärme Ⓣ read to the Berlin Academy on 18 February 1850 and published in Annalen der Physik in the same year. Este artigo Marca a fundação da termodinâmica moderna. Neste artigo: –

… Clausius primeiro afirmou a ideia básica da Segunda Lei da termodinâmica. Ele a usou em mostrar que para um “ciclo de Carnot”, que transmite o calor entre dois reservatórios de calor em temperaturas diferentes e, ao mesmo tempo, converte calor em trabalho, o trabalho máximo obtido a partir de uma dada quantidade de calor depende exclusivamente da temperatura dos reservatórios de calor, e não sobre a natureza da substância activa.Para entender o significado do artigo de Clausius, devemos dizer algumas palavras sobre a teoria do calor que existia na época. Esta teoria, chamada de teoria calórica, foi baseada em dois axiomas, a saber, que o calor no universo é conservado e que o calor em uma substância é uma função do estado da substância. Laplace, Poisson, Sadi Carnot e Clapeyron tinham desenvolvido o assunto usando esta teoria calórica como base. No entanto, em seu artigo de 1850, Clausius afirma claramente que as suposições da teoria calórica são falsas e ele dá duas leis da termodinâmica para substituir as suposições incorretas. Ele deu explicações sobre a natureza do calor livre e do calor latente.A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece a equivalência entre calor e trabalho: sempre que o trabalho é feito por calor, então uma quantidade equivalente de calor é consumida. Clausius tinha provas experimentais desta lei, não das suas próprias experiências, mas das de Joule. A aceitação da Primeira Lei da Termodinâmica mostrou imediatamente que ambos os axiomas da teoria calórica são falsos. Clausius interpretou o calor livre como a energia cinética das partículas do corpo. O trabalho colocado no aumento desta energia cinética resultaria em um aumento na temperatura. Calor latente era calor que tinha sido destruído no trabalho realizado contra forças entre moléculas.
A equação básica definida por Clausius foi, portanto, dQ = dU + dW, onde dQ foi o incremento no calor, o dU foi a mudança na energia do corpo, e dW foi a mudança na externa do trabalho realizado. A introdução de U, a energia do corpo, foi de grande significado, embora Clausius não lhe deu um nome. Os anos depois que seu artigo apareceu, Thomson chamou U de energia intrínseca. É a quantidade total de trabalho que pode ser teoricamente extraída de uma substância. Devemos notar que Thomson, em seu artigo de 1851, escreve (ver por exemplo): –

… o mérito de primeiro estabelecer princípios corretos é inteiramente devido a Clausius.Gibbs escreveu (ver por exemplo ):-

… nas memórias de Clausius … a Ciência da termodinâmica surgiu. … Pode-se dizer a qualquer momento desde a publicação das memórias que os fundamentos da ciência eram seguros, suas definições claras e seus limites distintos.Este artigo de 1850 continha uma versão das segundas leis da Termodinâmica, nomeadamente que o calor tende a fluir de corpos quentes para corpos frios. No entanto: –

… este foi apenas o início do longo envolvimento de Clausius no estudo da Segunda Lei. Nos quinze anos seguintes, ele iria publicar mais oito memórias nas quais ele tentou colocar a segunda lei em uma forma mais simples, mais geral e matemática.Clausius reafirmou o princípio de Sadi Carnot sobre a eficiência dos motores térmicos em seu trabalho. A equação de Clausius-Clapeyron aparece que expressa a relação entre a pressão e a temperatura em que duas fases de uma substância estão em equilíbrio. He recognised entropy as the quantity that remains invariant during changes of volume and temperature in a Carnot cycle as early as his 1850 paper, but he did not name this important concept at that time. Ainda sem dar ao conceito um nome Clausius formulou, em um livro de memórias de 1854, os rudimentos da teoria do conceito da medida da equivalência de transformação que mais tarde chamou de entropia. Em um artigo que ele publicou em 1865 o conceito é nomeado um claramente definido pela primeira vez.
em seu artigo de 1865 Clausius afirmou A primeira e Segunda Leis da termodinâmica na seguinte forma.

1. A energia do universo é constante.
2. A entropia do universo tende a um máximo.Referimo-nos acima ao grande patriotismo demonstrado por Clausius. Isto provou ser um pouco uma desvantagem para ele em certas maneiras em suas investigações de pesquisa. Ele estava envolvido em várias disputas. A primeira disputa foi com Thomson sobre um resultado de Joule que ele citou em um de seus documentos. Clausius era muito crítico que um alemão tivesse sido o primeiro a estabelecer o resultado, não o Inglês Joule.
a segunda disputa foi com Tait sobre quem foi o primeiro a propor a equivalência do trabalho e do calor. Não foi que qualquer um deles reivindicou isso para si, mas sim a disputa foi entre Tait e Tyndall sobre se Joule ou Julius von Mayer tinha prioridade. Clausius tropeçou na controvérsia acidentalmente quando Tyndall lhe pediu para enviar todos os documentos de von Mayer. No entanto, Clausius publicou um artigo em 1868 afirmando que não só von Mayer tinha prioridade, mas também a nação alemã.Uma disputa mais amarga entre Tait e Clausius começou em 1872 quando Maxwell publicou a teoria do calor. Clausius afirmou que os britânicos estavam tentando reivindicar mais do que eles mereciam pela teoria do calor que, Clausius disse, ele sozinho era o descobridor. Teria de se acrescentar que Maxwell tinha, ao longo de vários anos, reconhecido plenamente a contribuição de Clausius, por isso tinha poucos motivos para a queixa. A tristeza da situação foi o efeito que a atitude de Clausius teve em suas próprias realizações. Daub escreve em :-

o grande legado de Clausius para a física é, sem dúvida, a sua ideia do aumento irreversível da entropia, e ainda assim não encontramos nenhuma indicação de interesse no trabalho de Josiah Gibbs sobre o equilíbrio químico ou as opiniões de Boltzmann sobre termodinâmica e probabilidade, ambas totalmente dependentes de sua ideia. É estranho que ele mostrou nenhuma inclinação para buscar molecular compreensão de irreversível, a entropia ou para encontrar outras aplicações da idéia; é estranho ainda, e mesmo trágico, que ele não expressou nenhuma preocupação para o trabalho de seus contemporâneos, que foram de realizar as tarefas muito.Alguns historiadores afirmam que Clausius fez mais uso das ideias de outros do que estava preparado para admitir. Por exemplo, Kim in writes: –

… o nosso objectivo é dar sentido ao que Clausius fez neste longo esforço. Nós explicamos como seu trabalho seguiu o curso particular que tomou, que envolveu digressões, brechas, e até mesmo algumas confusões, e que introduziu alguns conceitos novos muito difíceis como “transformação descompensada”, “repugnância” e “entropia”. Chamamos a atenção particular para a ideia de William Thomson de “a tendência universal para a dissipação de energia” como uma possível fonte de motivação subjacente a todo o esforço.Não devemos dar a impressão de que o trabalho de Clausius não era de grande importância, pois certamente era. Também não devemos dar a impressão de que ele só trabalhou na termodinâmica porque, depois de 1875, ele se concentrou na teoria eletrodinâmica. He gave a principle of conservation of energy in electrodynamics related to a force law of action-at-a-distance which, unlike that given by Coulomb, depended on velocities and accelerations. Clausius deliberadamente fez escolhas no estabelecimento das equações de modo que elas eram:-

… na forma mais simples e, portanto, mais provável.Sua teoria estava bastante bem de acordo com a maioria dos resultados experimentais, mas, sendo baseada em velocidades absolutas, resultou em uma carga em repouso na terra sendo sujeita a uma força devido ao movimento da terra. Clausius respondeu às críticas, mas dizendo que sua velocidade absoluta era relativa ao meio em torno da carga. Apesar das dificuldades na teoria, desempenhou um papel importante no desenvolvimento da teoria eletrodinâmica.Clausius recebeu muitas honras por seu trabalho. A lista é longa e mencionaremos apenas algumas. Foi eleito membro da Royal Society de Londres em 1868 e recebeu a Medalha Copley em 1879. Ele também recebeu a Medalha Huygens em 1870, o Prêmio Poncelet em 1883, e recebeu um doutorado honorário da Universidade de Würzburg em 1882.
FitzGerald, em dar essa grande homenagem para Clausius:-

Ele foi um exemplo de nobreza de espírito que se dedica a beneficiar directamente a humanidade, e que não perde tempo em pequenos elaborações de muito problemas. Ele era no sentido mais alto prático, sua obra é eterna, e sua memória viverá enquanto a humanidade reverenciar seus benfeitores.