Mathématiciens

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Rudolf Julius Emmanuel Clausius

Date de naissance:

Endroit de naissance:

Date de la mort:

Endroit de la mort:

2 Jan 1822

Koslin, Prussia (now Koszalin, Poland)

24 Aug 1888

Bonn, Germany

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Rudolf Clausius l 'père, Rev CEG Clausius, a été un conseiller du Gouvernement Royal School Board. Il a fondé une petite école privée, en devenir le principal, et un ministre de l'église, il a également servi de son pasteur. Rudolf a été élevé dans une famille nombreuse, qui est le sixième de son père fils. Il a assisté à son père de l'école pendant quelques années, puis transféré à un gymnase de Stettin (aujourd'hui Szczecin, Pologne) où il est resté jusqu'à ce qu'il ait achevé sa scolarité en 1840. Un de ses frères, Robert Clausius, a écrit que à l'école:

... tous intime avec lui appris à estimer sa fiabilité et la sincérité. ... la plus grande confiance et la confiance ont été placés en lui. Son jugement ... a été très appréciée.

Clausius entre à l'Université de Berlin en 1840 bien qu'à ce stade il n'était pas encore clairement quels sujets il poursuivrait. Pendant un certain temps, il a été fortement attiré par l'histoire, mais finalement il a décidé de se concentrer sur les mathématiques et la physique. C'est dans ces sujets qui il a complété son diplôme d'ici Pâques de l'année 1844 et a passé une année probatoire d'enseignement au Werder Frédéric-Gymnasium. Au lycée, Clausius enseigné le cours avancé en mathématiques et en physique.

En 1846, il est entré Boeck's Royal Séminaire et a présenté son mémoire, sur le problème de la lumière réfléchie dans le ciel, à l'Université de Halle en 1847. Il a reçu son doctorat, avec distinction, le 15 Juillet 1848. Ce début de travail par Clausius avait pour but d'expliquer la couleur bleue du ciel, le rouge à voir le lever du soleil et le coucher du soleil, et la polarisation de la lumière, voir pour plus de détails. Il s'est avéré ne pas être fondée sur leur physique car elle a assumé les effets ont été causés par la réflexion et la réfraction de la lumière plutôt que d'être causés par la dispersion de la lumière Thomson proposé. Toutefois, dans ce travail Clausius mathématiques appliquées beaucoup plus profondément que l'un de ses prédécesseurs et il est une bonne illustration de la manière dont les problèmes physiques conduire le développement des mathématiques, même lorsque leur base physique est mal fondée.

Clausius le premier document de travail sur la théorie mécanique de la chaleur a été publié en 1850. C'est là son œuvre la plus célèbre et nous allons discuter en deçà de son contenu et la signification. Son importance a été rapidement reconnu et il a été invité au poste de professeur à l'Artillerie royale École de génie et à Berlin le 25 Septembre 1850. Il est aussi devenu un Docent à l'Université de Berlin et a donné sa conférence inaugurale à l'Université le 18 Décembre.

Le 29 août 1855 Clausius a été nommé à la présidence de physique mathématique au Polytechnikum de Zurich et dans le même temps, il a également été nommé à l'Université de Zurich. Il est certainement un excellent endroit pour Clausius pour faire avancer ses idées entouré par d'autres excellents mathématiciens et physiciens. Il est maintenant tiré dans deux directions, l'une étant de rester à la scientifiquement excellents Zurich et l'autre à revenir en Allemagne, un pays qu'il aimait profondément. En 1858, il s'est vu offrir un poste à l'Ecole polytechnique de Karlsruhe, mais tourné vers le bas. L'année suivante, le 19 Novembre, il a épousé Adelheid Rimpam. Toujours en 1862, il s'est vu offrir un poste à l'École Polytechnique à Brunswick, mais tourné vers le bas malgré l'offre en provenance de son épouse la maison de ville, comme il l'a fait l'offre de Vienne, quatre ans plus tard.

Puis, en 1867, lorsqu'ils sont proposés par un professeur l'Université de Würzburg, il a accepté, en exprimant son profond regret à quitter Zurich trouver mais finalement il ne pouvait plus résister à son désir de revenir dans son Allemagne natale. Il avait seulement été une année au cours de Würzburg quand on lui a offert un poste à Munich. Il a rejeté cette offre, mais l'année suivante, 1869, a accepté une offre d'une chaire à l'Université de Bonn. Peu de temps après, cependant, les événements politiques qui ont un effet majeur sur Clausius vie.

Bismarck avait réussi à créer une Confédération d'Allemagne du Nord, mais était à la recherche d'un moyen d'encourager les États du sud à se joindre. France estime qu'il pourrait facilement vaincre les nouveaux Länder d'Allemagne de Bismarck et réalisé qu'une guerre avec la France serait le cas dont il avait besoin pour amener tous les États allemands. Il a intelligemment conçu une situation dans laquelle il a provoqué le français vers l'ouverture de la guerre de laquelle les deux parties avaient voulu. Clausius était un patriote allemand et, bien qu'il soit presque 50 ans, il a offert ses services à son pays dans le franco-allemand guerre qui a éclaté.

Les forces allemandes étaient beaucoup plus fort que les Français avaient imaginé et bientôt l'armée française était en retraite. Deux batailles cruciales à Gravelotte Vionville et ne sont certainement pas décisif pour les Allemands qui ont perdu 20000 hommes à Gravelotte, comparativement à une perte de 13000 par les Français. Toutefois, lorsque l'armée allemande devrait les Français à l'avance et appuyez sur la maison de leur léger avantage, au lieu qu'ils se sont retirés et il est devenu une tactique de victoire pour les Allemands. Clausius le frère Robert a écrit:

Sa combustion patriotisme ne lui permettait pas de rester inactif à la maison pendant la guerre de 1870-71. Il a entrepris la conduite d'une ambulance corps, dont il a formé des étudiants de Bonn. À la grande bataille de Gravelotte Vionville et il a aidé à transporter les blessés de la bataille et à atténuer leurs souffrances.

Clausius a reçu la croix de fer en 1871 pour ses services à la campagne allemande. Toutefois, il a été blessé à la jambe pendant les combats et a subi de graves douleurs et d'invalidité pour le reste de sa vie. Une autre tragédie a eu lieu en 1875 lorsque sa femme est morte dans l'accouchement. L'enfant, qui a survécu, est leur sixième, mais seulement quatre, deux garçons et deux filles, survécu à Clausius. Toutefois, après la mort de son épouse Clausius avait la responsabilité d'élever sa famille et, de concert avec sa blessure de guerre, signifiait qu'il avait peu de chance de concentrer les travaux universitaires. Son frère a écrit:

Il a été le meilleur et le plus affectueux des pères, qui entrent pleinement dans les joies de ses enfants. Il a lui-même supervisé le travail scolaire de ses enfants.

Comme un moyen de surmonter les problèmes avec sa jambe blessée, et de lui permettre de parvenir à ses cours plus facilement, son médecin lui a conseillé de prendre de l'équitation. Clausius ce fait et en 1878, il a pris l'équitation, devient rapidement un expert cavalier. En 1884, il est devenu recteur de l'Université de Bonn, continue dans ce rôle au cours de 1885. Puis, en 1886, il se marie de nouveau. Sa deuxième épouse Sophie a été pile de Essen et de Clausius avait un enfant, un fils, avec sa seconde épouse. Il a continué à travailler jusqu'à sa dernière maladie, en fait, comme son frère a raconté:

Même sur son dernier lit de maladie, il a procédé à un examen.

Clausius était un physicien théoricien, en fait il a joué un rôle important dans la mise en place la physique théorique comme une discipline. Comme nous l'avons mentionné au-dessus de ses plus célèbres document a été Über die bewegende Kraft der Wärme lu à l'Académie de Berlin le 18 Février 1850 et publié dans Annalen der Physik dans la même année. Ce document marque la fondation de la thermodynamique moderne. Dans le présent document:

... Clausius initialement déclaré l'idée de base de la seconde loi de la thermodynamique. Il a servi à démontrer que pour un «cycle de Carnot», qui transmet la chaleur entre deux réservoirs de chaleur à des températures différentes et en même temps convertit la chaleur en travail, la durée maximale de travail obtenue à partir d'une certaine quantité de chaleur dépend uniquement de la température de la réservoirs de chaleur et non sur la nature de la substance.

Pour comprendre l'importance de Clausius papier devrait nous dire quelques mots sur la théorie de la chaleur qui existe en ce moment. Cette théorie, appelée théorie calorique, était fondée sur deux axiomes, à savoir que la chaleur dans l'univers est conservée et que la chaleur d'une substance est une fonction de l'état de la substance. Laplace, Poisson, Sadi Carnot, Clapeyron ont tous développé le thème en utilisant cette théorie calorique de base. Toutefois, dans son document de 1850, Clausius stipule clairement que les hypothèses de la théorie calorique sont fausses et il donne deux lois de la thermodynamique pour remplacer la mauvaise hypothèses. Il a donné des explications sur la nature de la gratuité de chaleur et de chaleur latente.

La première loi de la thermodynamique indique l'équivalence de la chaleur et le travail: chaque fois que le travail est fait par la chaleur alors un montant équivalent de la chaleur est consommée. Clausius avait des preuves expérimentales de cette loi, pas de ses propres expériences, mais de ceux de Joule. L'acceptation de la Première loi de la thermodynamique immédiatement montré que les deux axiomes de la théorie calorique sont fausses. Clausius interprété libre de chaleur que l'énergie cinétique des particules du corps. Travaux de plus en plus cette énergie cinétique se traduirait par une augmentation de la température. Chaleur latente est la chaleur qui avait été détruite dans les travaux effectués contre les forces entre molécules.

L'équation de base mis en place par Clausius est donc dQ = NL + dW dQ où l'augmentation a été dans la chaleur, Du a été le changement de l'énergie du corps, et DW a été le changement de travail externe. L'introduction de U, l'énergie du corps, est d'une grande importance bien que Clausius ne pas lui donner un nom. Les années après son article a été publié, Thomson nommé U intrinsèques énergie. Il est le montant total des travaux qui pourraient théoriquement être extraite d'une substance. Il est à noter que Thomson, dans son document de 1851, écrit (voir, par exemple):

... le mérite d'établir, au préalable, [Sadi Carnot 's theorem] à corriger principes est entièrement dû à Clausius.

Gibbs a écrit (voir, par exemple):

... dans la mémoire de Clausius ... la science de la thermodynamique entrée en vigueur. ... On peut dire à tout moment depuis la publication des mémoires que les fondements de la science étaient sûr, ses définitions claires et distinctes de ses frontières.

1850 Ce document contient une version de la Deuxième lois de la thermodynamique, à savoir que la chaleur a tendance à couler du chaud au froid organes. Toutefois:

... ce n'était que le début de Clausius "longue participation dans l'étude de la deuxième loi. Par la suite quinze ans, il était de publier huit autres mémoires dans lesquels il a essayé de mettre le deuxième en une loi simple, plus générale et mathématique.

Clausius Sadi Carnot a réaffirmé l 'principe de l'efficacité des moteurs thermiques dans son travail. Le Clausius-Clapeyron semble équation qui exprime la relation entre la pression et la température au cours de laquelle deux phases d'une substance sont en équilibre. Il a reconnu l'entropie que la quantité qui reste invariant lors de changements de volume et de la température dans un cycle de Carnot dès que son document de 1850, mais il ne l'a pas nommer cette notion importante à ce moment-là. Toujours sans donner au concept un nom Clausius formulé, dans une mémoire de 1854, les rudiments de la théorie de la notion de la mesure de la transformation d'équivalence, plus tard, il appelle l'entropie. Dans un document qu'il a publié en 1865, le concept est nommé clairement défini pour la première fois.

Dans son document de 1865 Clausius a déclaré la Première et deuxième lois de la thermodynamique dans le formulaire ci-dessous.

1. L'énergie de l'univers est constante.
2. L'entropie de l'univers tend à un maximum.

Nous avons évoqué ci-dessus pour le grand patriotisme manifesté par Clausius. Cela s'est avéré quelque peu d'un désavantage pour lui d'une certaine façon dans sa recherche des enquêtes. Il a été impliqué dans divers litiges. Le premier différend avec Thomson était sur un résultat de Joule qu'il a cité dans un de ses papiers. Clausius a été très critique qu'un allemand a été le premier à établir le résultat, pas l'Anglais Joule.

Le deuxième différend était avec plus de Tait qui a été le premier à proposer l'équivalence du travail et de la chaleur. Ce n'était pas que l'un d'eux a pris possession de cette pour eux-mêmes, mais plutôt le différend est entre Tait et la question de savoir si Tyndall Joule ou Julius von Mayer avait la priorité. Clausius trébuché dans la controverse tout à fait accidentellement lors de Tyndall lui avait demandé de lui envoyer tous von Mayer documents. Toutefois Clausius puis un article publié en 1868 indiquant que non seulement von Mayer ont la priorité mais aussi la nation allemande.

Une plus amer différend entre Tait et Clausius a commencé en 1872 lorsque Maxwell publié Théorie de la chaleur. Clausius a déclaré que les Britanniques ont essayé de réclamer plus que ce qu'ils méritent pour la théorie de la chaleur qui, dit Clausius, lui seul est le découvreur. On aurait pu ajouter que Maxwell a, au fil des ans, Clausius pleinement reconnu la contribution, il a peu de motifs de la plainte. La tristesse de la situation a été l'effet que Clausius' attitude a sur ses propres réalisations. Daub écrit:

Clausius «grand héritage de la physique est sans aucun doute son idée de l'augmentation irréversible de l'entropie, et pourtant nous trouvons aucune indication d'intérêt à Josiah Gibbs de travail sur l'équilibre chimique ou Boltzmann 's vues sur la thermodynamique et la probabilité, qui ont tous deux été totalement dépendantes de la son idée. Il est étrange que lui-même montré aucune inclinaison à rechercher une compréhension moléculaire de l'entropie irréversible ou de trouver d'autres applications de l'idée, il est encore inconnu, et même tragique, qu'il n'a pas exprimé d'intérêt pour les travaux de ses contemporains qui sont l'accomplissement de ces très tâches.

Certains historiens prétendent que Clausius fait davantage appel aux idées des autres que ce qu'il est disposé à admettre. Par exemple Kim dans écrit:

... Notre objectif est de faire sens de ce que Clausius a fait dans ce long effort. Nous expliquons comment son travail a suivi les cours qu'il a pris, à laquelle ont participé des digressions, des lacunes, et même quelques confusions, et qui a introduit certains très difficile de nouveaux concepts tels que «transformation sans contrepartie», «disgregation» et «l'entropie». Nous attirons une attention particulière à William Thomson de l 'idée de l' «universel tendance à la dissipation de l'énergie" comme une source possible de la motivation qui sous-tend toute entreprise.

Nous ne devons pas donner l'impression que Clausius de travail n'a pas été d'une importance exceptionnelle pour le plus certainement est. Nous ne devons pas donner l'impression qu'il n'a travaillé sur la thermodynamique, après 1875, il s'est concentré sur la théorie électrodynamique. Il a donné un principe de conservation de l'énergie dans l'électrodynamique liées à un droit de vigueur l'action à distance qui, contrairement à celle donnée par Coulomb, dépend de vitesses et accélérations. Clausius délibérément fait des choix dans la mise en place des équations de telle sorte qu'elles soient:

... dans le plus simple et donc plus probable.

Sa théorie était en assez bon accord avec la plupart des résultats expérimentaux, mais, se basant sur les vitesses absolue, a donné lieu à une charge à l'arrêt sur la terre d'être soumis à une force en raison de la motion de la terre. Clausius a répondu aux critiques, mais dire que sa vitesse est absolue par rapport à la moyenne qui entourent l'accusation. Malgré les difficultés dans la théorie qu'il a joué un rôle important dans le développement de la théorie électrodynamique.

Clausius reçu de nombreuses distinctions pour son travail. La liste est longue et nous ne citer que très peu. Il a été élu Fellow de la Royal Society de Londres en 1868 et a reçu sa médaille Copley en 1879. Il a également reçu la Médaille de Huygens en 1870, le prix Poncelet en 1883, et il a reçu un doctorat honoris causa de l'Université de Würzburg en 1882.

FitzGerald, en, donner à ce bel hommage à Clausius:

Il était un noble exemple de l'esprit qui se consacre directement à profit l'humanité, et qui n'a pas perdre de temps sur la petite élaborations de jolis problèmes. Il était au plus haut sens pratique, son travail est éternel, et sa mémoire vivra aussi longtemps que l'humanité reveres ses bienfaiteurs.

Source:School of Mathematics and Statistics University of St Andrews, Scotland