Category: Science.Physics.Thermodynamics

Topic: William Thomson Lord Kelvin

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

William Thomson, 1st Baron Kelvin , also known as Lord Kelvin (26 June 1824 - 17 December 1907) was an Irish-Scottish mathematician, physicist and engineer born in Belfast. He did important work at the University of Glasgow in the mathematical analysis of electricity and in the formulation of the first and second laws of thermodynamics, and in general he contributed greatly to the emergence of physics as a modern industry. He also had a parallel career as an inventor and electrical engineer of telegraphy and was ordained by Queen Victoria in 1866 as Sir William Thomson .

He had a keen interest in navigation issues and was known for his work on compass functionality. Absolute temperatures are in units of kelvin in his honour. Although the existence of the lower temperature limit (absolute zero) was known prior to his work, Thomson (Baron Kelvin) is known for determining the absolute value of absolute zero as −273.15 degree Celsius or < i> -459.67 degree Fahrenheit .

In his 1851 article, Thomson argued that heat was a form of movement, but admitted that he was influenced by Sir Humphry Davy's thinking and the experiments of Joule and Julius Robert von Mayer , assuming that experimental proof of heat conversion to work was still pending.

By 1847, Thomson had already gained a reputation as an early and unconventional scientist when he attended the annual meeting of the British Association for the Advancement of Science in Oxford. At this meeting he listened to James Prescott Joule to make another ineffective attempt at mistrust of the caloric theory of heat and the resulting heat engine theory of Sadi Carnot and Emile Clapeyron . Joule advocated mutual heat and mechanical convertibility and their mechanical equivalence.

He came up with ideas that eventually led to the formulation of the second law of thermodynamics. In Carnot's theory the lost heat was completely lost but Thomson claimed that 'it was lost to man in the sense that it was unrecoverable but not lost to the material world'. In addition, his theological beliefs questioned the outlook of a thermal death of the universe.





Ελληνική εκδοχή

Ο William Thomson, 1st Baron Kelvin, γνωστός και ως Lord Kelvin (26 June 1824 – 17 December 1907) ήταν Ιρλανδο-Σκωτσέζος μαθηματικός, φυσικός και μηχανικός που γεννήθηκε στο Belfast. Έκανε στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης σημαντικό έργο στη μαθηματική ανάλυση του ηλεκτρισμού και στη διατύπωση του πρώτου και δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής, και γενικότερα συνετέλεσε ιδιαίτερα στην ανάδυση της φυσικής ως σύγχρονου κλάδου. Είχε επίσης μια παράλληλη καριέρα ως εφευρέτης και ηλεκτρολόγος μηχανικός της τηλεγραφίας και χρίστηκε από την Βασίλισσα Βικτωρία το 1866, ως Sir William Thomson. Είχε μεγάλο ενδιαφέρον για τα ζητήματα της ναυσιπλοΐας και ήταν γνωστός για την εργασία του πάνω στη λειτουργικότητα της πυξίδας. Οι απόλυτες θερμοκρασίες έχουν ως μονάδα το kelvin προς τιμήν του. Παρότι η ύπαρξη του κατώτερου ορίου θερμοκρασίας (το απόλυτο μηδέν) ήταν γνωστό πριν το έργο του, ο Thomson (βαρόνος Kelvin) είναι γνωστός για τον καθορισμό της σωστής τιμής του απολύτου μηδενός ως −273.15 degree Celsius ή −459.67 degree Fahrenheit.

Το 1845, έδωσε την πρώτη μαθηματική ανάπτυξη της ιδέας του Michael Faraday ότι η ηλεκτρική επαγωγή συμβαίνει μέσω ενός παρεμβαλλόμενου μέσου του λεγόμενου διηλεκτρικού (dielectric), και όχι μέσω μιας ακατανόητης ‘δράσης από απόσταση’. Επίσης εφηύρε τη μαθηματική τεχνική των ηλεκτρικών εικόνων (electrical images), που κατέστη ένας ισχυρός παράγων στην επίλυση προβλημάτων ηλεκτροστατικής, της επιστήμης που μελετά τις δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων σε ηρεμία. Οφείλεται εν μέρει και στη δική του ενθάρρυνση που ο Faraday ανέλαβε την έρευνα τον Σεπτέμβριο 1845 που οδήγησε στην ανακάλυψη του φαινομένου Faraday (Faraday effect), που καθιερώνει τη σύνδεση μεταξύ του φωτός και των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων. Μέχρι το 1847, ο Thomson είχε ήδη αποκτήσει φήμη ως πρόωρου και αντισυμβατικού επιστήμονα όταν παρευρέθη στην ετήσια συνάντηση της British Association for the Advancement of Science στην Οξφόρδη. Στη συνάντηση αυτή άκουσε τον James Prescott Joule να κάνει μια ακόμη μη αποτελεσματική απόπειρα δυσπιστίας απέναντι στη θερμιδική θεωρία (caloric theory) της θερμότητας και την συνεπαγόμενη θεωρία της θερμικής μηχανής των Sadi Carnot και Émile Clapeyron. Ο Joule υποστήριζε την αμοιβαία μετατρεψιμότητα θερμότητας και μηχανικού έργου και τη μηχανική ισοδυναμία τους.

Ο Thomson έγραψε σχετικά: «... Η μετατροπή της θερμότητας (ή caloric) σε μηχανικό αποτέλεσμα είναι πιθανά αδύνατη, και σίγουρα δεν έχει ανακαλυφθεί κάτι τέτοιο». Μια όμως υποσημείωσή του δείχνει τις πρώτες αμφιβολίες του σχετικά με τη θερμιδική θεωρία, κάνοντας αναφορά στις αξιοσημείωτες ανακαλύψεις του Joule. Περιέργως, ο Thomson δεν έστειλε στον Joule αντίγραφο του άρθρου του, αλλά όταν τελικά ο Joule το διάβασε, έγραψε αμέσως στον Thomson την 6η Οκτωβρίου, ισχυριζόμενος ότι οι μελέτες του είχαν αποδείξει μετατροπή της θερμότητας σε έργο αλλά σχεδίαζε και περαιτέρω πειράματα. Ο Thomson του απάντησε την 27η Οκτωβρίου, αποκαλύπτοντας ότι και αυτός σχεδίαζε τα δικά του πειράματα, ελπίζοντας στην συμφιλίωση των δυο οπτικών.

Ο Thomson τελικά δεν διεξήγαγε νέα πειράματα, αλλά μέσα στα επόμενα δυο χρόνια ήταν όλο και λιγότερο ικανοποιημένος με την θεωρία του Carnot και αντίστοιχα πειθόταν ότι η θεωρία του Joule ήταν η σωστή. Τον Φεβρουάριο 1851 κάθισε να διατυπώσει τις νέες του σκέψεις. Δεν ήταν σίγουρος στο πώς να πλαισιώσει τη θεωρία του και το άρθρο άλλαζε συνέχεια μορφή μέχρις ότου καταφέρει να στήσει μια απόπειρα συμφιλίωσης του Carnot με τον Joule. Κατά τη διάρκεια της επανεγγραφής, φαίνεται να κατέληξε σε ιδέες που τελικά οδήγησαν στη διατύπωση του δευτέρου νόμου της θερμοδυναμικής. Στη θεωρία του Carnot η χαμένη θερμότητα ήταν απολύτως χαμένη αλλά ο Thomson υποστήριζε ότι ‘ήταν χαμένη για τον άνθρωπο με την έννοια ότι ήταν μη ανακτήσιμη, αλλά δεν ήταν χαμένη ως προς τον υλικό κόσμο’. Επιπρόσθετα οι θεολογικές του αντιλήψεις έθεταν υπό αμφισβήτηση την οπτική ενός θερμικού θανάτου του σύμπαντος.

Στο άρθρο του 1851, ο Thomson υποστήριζε τη θεωρία ότι η θερμότητα είναι μια μορφή κίνησης, παραδεχόταν όμως ότι είχε επηρεαστεί από τη σκέψη του Sir Humphry Davy και τα πειράματα των Joule και Julius Robert von Mayer, θεωρώντας ότι η πειραματική απόδειξη της μετατροπής της θερμότητας σε έργο ήταν ακόμη σε εκκρεμότητα.

Μόλις ο Joule διάβασε το άρθρο, έγραψε στον Thomson με σχόλια και ερωτήσεις. Έτσι ξεκίνησε μια γόνιμη, κυρίως επιστολική συνεργασία μεταξύ των δυο ανδρών, όπου ο Joule διεξήγε πειράματα και ο Thomson ανέλυε τα αποτελέσματα και πρότεινε περαιτέρω πειράματα. Η συνεργασία διήρκεσε από το 1852 ως το 1856, με ανακαλύψεις μεταξύ άλλων το Joule–Thomson effect (καλούμενο και Kelvin–Joule effect), και τα δημοσιευμένα αποτελέσματα οδήγησαν σε πλήρη αποδοχή του έργου του Joule και της κινητικής θεωρίας.