MacTutor

Biografie

tatăl lui Rudolf Clausius, Rev C E G Clausius, a fost consilier al consiliului școlar al guvernului regal. A fondat o mică școală privată, devenind directorul acesteia, iar ca ministru al bisericii a slujit și ca pastor al acesteia. Rudolf a fost crescut într-o familie numeroasă, fiind al șaselea dintre fiii tatălui său. A urmat școala tatălui său câțiva ani și apoi s-a mutat la o sală de gimnastică din Stettin (acum Szczecin, Polonia) unde a rămas până când și-a terminat școala în 1840. Unul dintre frații săi, Robert Clausius, a scris asta la școală:-

… toți cei apropiați cu el au învățat să-i prețuiască fiabilitatea și veridicitatea. … cea mai mare încredere și încredere au fost plasate în el. Judecata lui … a fost foarte apreciat.

Clausius a intrat la Universitatea din Berlin în 1840, deși în acest stadiu nu era încă clar ce subiecte va urma. O vreme a fost puternic atras de istorie, dar în cele din urmă a decis să se concentreze asupra matematicii și fizicii. În aceste discipline și-a terminat diploma până la Paștele anului 1844 și apoi a petrecut un an de probă predând la Gimnaziul Frederic-Werder. La gimnaziu Clausius a predat clasele avansate în matematică și fizică.
în 1846 a intrat în Seminarul regal al lui Boeck și și-a prezentat disertația, despre problema luminii reflectate pe cer, la Universitatea Halle în 1847. Și-a luat doctoratul, cu distincție, la 15 iulie 1848. Această lucrare timpurie a lui Clausius a avut ca scop explicarea culorii albastre a cerului, a culorilor roșii văzute la răsăritul și apusul soarelui și a polarizării luminii; vezi pentru detalii. S-a dovedit că nu se bazează pe fizica corectă, deoarece a presupus că efectele au fost cauzate de reflexia și refracția luminii, mai degrabă decât de împrăștierea luminii așa cum a propus Thomson. Cu toate acestea, în această lucrare Clausius a aplicat matematica mult mai profund decât oricare dintre predecesorii săi și este o bună ilustrare a modului în care problemele fizice determină dezvoltarea matematicii chiar și atunci când baza lor fizică este nesănătoasă.
prima lucrare a lui Clausius despre teoria mecanică a căldurii a fost publicată în 1850. Aceasta este cea mai faimoasă lucrare a sa și vom discuta mai jos conținutul și semnificația acesteia. Importanța sa a fost recunoscută rapid și a fost invitat la postul de profesor la școala Regală de artilerie și Inginerie din Berlin la 25 septembrie 1850. De asemenea, a devenit Docent la Universitatea din Berlin și a susținut prelegerea inaugurală la universitate pe 18 decembrie.

la 29 August 1855 Clausius a fost numit la Catedra de Fizică Matematică la Polytechnikum în Z Oustrich și, în același timp, a fost numit și la Universitatea din Z Oustrich. A fost cu siguranță un loc excelent pentru Clausius să-și împingă ideile înconjurate de alți matematicieni și fizicieni excelenți. El a fost acum tras în două direcții, una fiind să rămână la excelentul științific Z Elustrich și cealaltă să se întoarcă în Germania, o țară pe care o iubea profund. În 1858 i s-a oferit un post la Politehnica din Karlsruhe, dar l-a refuzat. În anul următor, pe 19 noiembrie, s-a căsătorit cu Adelheid Rimpam. Din nou în 1862 i s-a oferit un post la Politehnica din Brunswick, dar l-a refuzat în ciuda ofertei venite din orașul natal al soției sale, așa cum a făcut oferta de la Viena patru ani mai târziu.
apoi, în 1867, când i s-a oferit o catedră de către Universitatea din w Oktocrzburg, a acceptat, exprimându-și regretul profund că a părăsit Z Otrogrich, dar în cele din urmă a constatat că nu mai putea rezista dorinței sale de a se întoarce în Germania natală. El a fost doar un an în W Oktocrzburg când a fost oferit un post în Munchen. El a refuzat această ofertă, dar în anul următor, 1869, a acceptat o ofertă de catedră la Universitatea din Bonn. La scurt timp după aceasta, însă, evenimentele politice vor avea un efect major asupra vieții lui Clausius.
Bismarck reușise să creeze o confederație nord-germană, dar căuta o modalitate de a încuraja statele din sud să se alăture. Franța credea că ar putea învinge cu ușurință noile state germane și Bismarck și-a dat seama că un război cu Franța ar fi evenimentul de care avea nevoie pentru a reuni toate statele germane. El a proiectat inteligent o situație în care i-a provocat pe francezi să inițieze războiul pe care ambele părți îl doriseră. Clausius era un patriot German și, deși se apropia de vârsta de 50 de ani, și-a oferit serviciile țării sale în războiul Franco-prusac care izbucnise.
forțele germane erau mult mai puternice decât își imaginaseră francezii și în curând armata franceză se afla în retragere. Două bătălii cruciale la Vionville și Gravelotte nu au fost cu siguranță decisive pentru germanii care au pierdut 20000 de oameni la Gravelotte, comparativ cu o pierdere de 13000 de către francezi. Cu toate acestea, când armata germană se aștepta ca francezii să avanseze și să-și preseze ușor avantajul, în schimb s-au retras și a devenit o victorie tactică pentru germani. Fratele lui Clausius Robert a scris: –

patriotismul său arzător nu i-a permis să rămână inactiv acasă în timpul războiului din 1870-71. El a preluat conducerea unui corp de ambulanță, pe care l-a format din studenți din Bonn. La marile bătălii de la Vionville și Gravelotte a ajutat la transportarea răniților din luptă și la diminuarea suferinței lor.

Clausius a primit Crucea de fier în 1871 pentru serviciile sale aduse campaniei germane. Cu toate acestea, a fost rănit la picior în timpul luptelor și a suferit dureri severe și dizabilități pentru tot restul vieții. O altă tragedie a avut loc în 1875, când soția sa a murit la nașterea copilului. Copilul, care a supraviețuit, a fost al șaselea, dar doar patru, doi băieți și două fete, au supraviețuit lui Clausius. Cu toate acestea, după moartea soției sale, Clausius a avut responsabilitatea de a-și crește familia și, împreună cu rana sa de război, a însemnat că avea puține șanse pentru o muncă academică concentrată. Fratele său a scris:-

a fost cel mai bun și mai afectuos dintre tați, intrând pe deplin în bucuriile copiilor săi. El însuși a supravegheat școala copiilor săi.

ca o modalitate de a depăși problemele cu piciorul rănit și de a-i permite să ajungă mai ușor la prelegerile sale, medicul său l-a sfătuit să se apuce de călărie. Acest lucru a făcut Clausius și în 1878 a început să călărească, devenind în curând un călăreț expert. În 1884 a devenit rector al Universității din Bonn, continuând în acest rol în 1885. Apoi, în 1886, sa căsătorit din nou. A doua sa soție a fost Sophie Stack din Essen, iar Clausius a mai avut un copil, un fiu, cu a doua soție. El a continuat să lucreze până la boala sa finală; de fapt, așa cum a povestit fratele său:-

chiar și pe ultimul său pat bolnav a ținut un examen.

Clausius a fost un fizician teoretic, de fapt a jucat un rol important în stabilirea fizicii teoretice ca disciplină. După cum am menționat mai sus, cea mai faimoasă lucrare a sa a fost Oqimber die bewegende Kraft der W Oqustrme oqustra a fost citită Academiei din Berlin la 18 februarie 1850 și publicată în Annalen der Physik în același an. Această lucrare marchează fundamentul termodinamicii moderne. În această lucrare: –

… Clausius a afirmat mai întâi ideea de bază a celei de-a doua legi a termodinamicii. El a folosit-o pentru a arăta că, pentru un ciclu Carnot, care transmite căldură între două rezervoare de căldură la temperaturi diferite și, în același timp, transformă căldura în muncă, munca maximă obținută dintr-o anumită cantitate de căldură depinde numai de temperaturile rezervoarelor de căldură și nu de natura substanței active.

pentru a înțelege semnificația lucrării lui Clausius ar trebui să spunem câteva cuvinte despre teoria căldurii care exista în acest moment. Această teorie, numită teoria calorică, s-a bazat pe două axiome, și anume că căldura din univers este conservată și că căldura dintr-o substanță este o funcție a stării substanței. Laplace, Poisson, Sadi Carnot și Clapeyron au dezvoltat subiectul folosind această teorie calorică ca bază. Cu toate acestea, în lucrarea sa din 1850, Clausius afirmă clar că ipotezele teoriei calorice sunt false și dă două legi ale termodinamicii pentru a înlocui ipotezele incorecte. El a dat explicații despre natura căldurii libere și a căldurii latente.
Prima Lege a termodinamicii afirmă echivalența căldurii și a muncii: ori de câte ori munca se face prin căldură, atunci se consumă o cantitate echivalentă de căldură. Clausius avea dovezi experimentale ale acestei legi, nu din propriile sale experimente, ci din cele ale lui Joule. Acceptarea primei legi a termodinamicii a arătat imediat că ambele axiome ale teoriei calorice sunt false. Clausius a interpretat căldura liberă ca energie cinetică a particulelor corpului. Munca pusă în creșterea acestei energii cinetice ar duce la o creștere a temperaturii. Căldura latentă era căldura care fusese distrusă în munca efectuată împotriva forțelor dintre molecule.
ecuația de bază stabilită de Clausius a fost, prin urmare, dQ = dU + dW unde dQ A fost creșterea căldurii, dU a fost schimbarea energiei corpului, iar dW a fost schimbarea muncii externe efectuate. Introducerea U, energia corpului, a avut o mare semnificație, deși Clausius nu i-a dat un nume. Anii de după apariția lucrării sale, Thomson a numit U energia intrinsecă. Este cantitatea totală de muncă care ar putea fi extrasă teoretic dintr-o substanță. Ar trebui să observăm că Thomson, în lucrarea sa din 1851, scrie (vezi de exemplu ):-

… meritul stabilirii mai întâi pe principii corecte se datorează în întregime lui Clausius.

Gibbs a scris (vezi de exemplu): –

… în memoriile lui Clausius … știința termodinamicii a apărut. … S-ar putea spune în orice moment de la publicarea memoriilor că bazele științei erau sigure, definițiile sale clare și limitele sale distincte.

această lucrare din 1850 conținea o versiune a celei de-a doua legi a termodinamicii, și anume că căldura tinde să curgă de la corpurile calde la cele reci. Cu toate acestea:-

… acesta a fost doar începutul implicării îndelungate a lui Clausius în studiul celei de-a doua legi. În următorii cincisprezece ani urma să publice încă opt memorii în care încerca să pună a doua lege într-o formă mai simplă, mai generală și matematică.

Clausius a reafirmat principiul lui Sadi Carnot privind eficiența motoarelor termice în activitatea sa. Apare ecuația Clausius-Clapeyron care exprimă relația dintre presiune și temperatură la care două faze ale unei substanțe sunt în echilibru. El a recunoscut entropia ca fiind cantitatea care rămâne invariantă în timpul schimbărilor de volum și temperatură într-un ciclu Carnot încă din lucrarea sa din 1850, dar nu a numit acest concept important în acel moment. Totuși, fără a da conceptului un nume Clausius a formulat, într-un memoriu din 1854, rudimentele teoriei conceptului de măsură a echivalenței transformării pe care a numit-o ulterior entropie. Într-o lucrare pe care a publicat-o în 1865 conceptul este numit clar definit pentru prima dată.
în lucrarea sa din 1865 Clausius a declarat prima și a doua lege a termodinamicii în următoarea formă.

ne-am referit mai sus la marele patriotism arătat de Clausius. Acest lucru s-a dovedit oarecum un dezavantaj pentru el în anumite moduri în investigațiile sale de cercetare. A fost implicat în diverse dispute. Prima dispută a fost cu Thomson pentru un rezultat al lui Joule pe care îl citase într-una din lucrările sale. Clausius a fost foarte critic că un German a fost primul care a stabilit rezultatul, nu englezul Joule.
a doua dispută a fost cu Tait cu privire la cine a fost primul care a propus echivalența muncii și a căldurii. Nu a fost faptul că niciunul dintre ei a susținut acest lucru pentru ei înșiși, ci mai degrabă disputa a fost între Tait și Tyndall dacă Joule sau Julius von Mayer au avut prioritate. Clausius s-a împiedicat de controversă destul de accidental când Tyndall i-a cerut să-i trimită toate documentele lui von Mayer. Cu toate acestea, Clausius a publicat apoi un articol în 1868 afirmând că nu numai von Mayer avea prioritate, ci și națiunea germană.
o dispută mai amară între Tait și Clausius a început în 1872 când Maxwell a publicat teoria căldurii. Clausius a declarat că britanicii încercau să pretindă mai mult decât meritau pentru teoria căldurii pe care, a spus Clausius, el singur a fost descoperitorul. Ar trebui să adăugăm că Maxwell, de-a lungul mai multor ani, a recunoscut pe deplin contribuția lui Clausius, așa că a avut puține motive pentru plângere. Tristețea situației a fost efectul pe care atitudinea lui Clausius l-a avut asupra propriilor sale realizări. Daub scrie în :-

marea moștenire a lui Clausius în fizică este, fără îndoială, ideea sa despre creșterea ireversibilă a entropiei și totuși nu găsim nici un indiciu de interes pentru lucrarea lui Josiah Gibbs privind echilibrul chimic sau opiniile lui Boltzmann asupra termodinamicii și probabilității, ambele fiind complet dependente de ideea sa. Este ciudat că el însuși nu a arătat nici o înclinație de a căuta o înțelegere moleculară a entropiei ireversibile sau de a găsi aplicații suplimentare ale ideii; este ciudat și chiar tragic că nu și-a exprimat nici o preocupare pentru munca contemporanilor săi care îndeplineau Chiar acele sarcini.

unii istorici susțin că Clausius a folosit mai mult ideile altora decât era pregătit să admită. De exemplu, Kim în scrie: –

… scopul nostru este să înțelegem ce a făcut Clausius în acest lung efort. Vă explicăm cum lucrarea Sa a urmat cursul special pe care l-a urmat, care a implicat digresiuni, lacune și chiar unele confuzii și care a introdus câteva concepte noi foarte dificile, cum ar fi ‘transformare necompensată’, ‘disgregare’ și ‘entropie’. Atragem o atenție deosebită asupra ideii lui William Thomson despre ‘tendința universală spre disiparea energiei’ ca posibilă sursă de motivație care stă la baza întregului efort.

nu trebuie să dăm impresia că lucrarea lui Clausius nu a fost de o importanță deosebită pentru că, cu siguranță, a fost. De asemenea, nu trebuie să dăm impresia că a lucrat doar la termodinamică pentru că, după 1875, s-a concentrat pe teoria electrodinamică. El a dat un principiu de conservare a energiei în electrodinamică legat de o lege a forței de acțiune la distanță care, spre deosebire de cea dată de Coulomb, depindea de viteze și accelerații. Clausius a făcut în mod deliberat alegeri în stabilirea ecuațiilor astfel încât acestea să fie:-

… în forma cea mai simplă și, prin urmare, cea mai probabilă.

teoria sa era în acord destul de bun cu majoritatea rezultatelor experimentale, dar, bazându-se pe viteze absolute, a dus la o sarcină în repaus pe pământ supusă unei forțe datorate mișcării Pământului. Clausius a răspuns criticilor, dar a spus că viteza sa absolută era relativă la mediul din jurul încărcăturii. În ciuda dificultăților din teorie, a jucat un rol important în dezvoltarea teoriei electrodinamice.
Clausius a primit multe onoruri pentru munca sa. Lista este lungă și vom menționa doar câteva. A fost ales membru al Societății Regale din Londra în 1868 și a primit Medalia Copley în 1879. El a primit, de asemenea, Medalia Huygens în 1870, Premiul Poncelet în 1883 și a primit un doctorat onorific de la Universitatea din w Inktocrzburg în 1882.
FitzGerald, în, Da acest tribut fin Clausius: –

el a fost un exemplu nobil al Spiritului care se dedică în beneficiul direct omenirii, și că nu pierde timpul pe elaborări mărunte de probleme destul. El a fost în cel mai înalt sens practic, lucrarea sa este eternă și memoria lui va trăi atâta timp cât omenirea își respectă binefăcătorii.