William Thomson, baronul Kelvin(ing. William Thomson, 1 baron Kelvin; 26 iunie 1824, Belfast, Irlanda - 17 decembrie 1907, Largs, Scoția) - fizician și mecanic britanic. Cunoscut pentru munca sa în domeniile termodinamicii, mecanicii și electrodinamicii.
Biografie
William Thomson s-a născut pe 26 iunie 1824 la Belfast. Strămoșii lui Thomson erau fermieri irlandezi; tatăl său James Thomson, un matematician celebru, a fost profesor la Belfast Academical Institution din 1814, apoi profesor de matematică la Glasgow din 1832; cunoscut pentru manualele sale de matematică, care au trecut prin zeci de ediții. William Thomson și fratele său mai mare James au urmat cursurile la Glasgow College și apoi la St. Peter din Cambridge, unde William și-a terminat cursul de știință în 1845.
În 1846, Thomson, în vârstă de douăzeci și doi de ani, a preluat catedra de fizică teoretică la Universitatea din Glasgow.
În 1856, omul de știință a primit Medalia Regală a Societății Regale din Londra.
Din 1880 până în 1882, președinte al Societății Fizicienilor din Londra. Realizările extraordinare ale lui Thomson în știința pură și aplicată au fost pe deplin apreciate de contemporanii săi.
Thomson a fost numit cavaler în 1866, iar în 1892, regina Victoria i-a acordat notorietatea cu titlul de Baron Kelvin al râului Kelvin, care curge pe lângă Universitatea din Glasgow și în râul Clyde.
Activitati stiintifice
În timp ce era încă student, Thomson a publicat o serie de lucrări despre aplicarea seriei Fourier la probleme de fizică și în studiul „Mișcarea uniformă a căldurii în solid omogen și legătura ei cu teoria matematică a electricității” („The Cambridge math. Journ.”, 1842) a făcut analogii importante între fenomenele de propagare a căldurii și curent electric, arătând modul în care soluțiile la probleme dintr-unul dintre aceste domenii pot fi aplicate problemelor din altul. Într-un alt studiu, „The Linear Motion of Heat” (1842, ibid.), Thomson a dezvoltat principii pe care apoi le-a aplicat fructuos la multe probleme de geologie dinamică, de exemplu, la problema răcirii Pământului.
În 1845, în timp ce se afla la Paris, Thomson a început să publice o serie de articole despre electrostatică în jurnalul lui Joseph Liouville, în care a subliniat metoda sa de imagini electrice, ceea ce a făcut posibilă rezolvarea pur și simplu a multor dintre cele mai dificile probleme ale electrostaticei.
În 1849, Thomson a început să lucreze la termodinamică, care a fost publicată în publicațiile Societății Regale din Edinburgh. În prima dintre aceste lucrări, Thomson, bazându-se pe cercetările lui Joule, a indicat modul în care principiul lui Carnot, expus în eseul acestuia din urmă „Rflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres dvelopper cette puissance” (1824), ar trebui schimbat astfel încât că principiul era în concordanță cu datele moderne; această lucrare conține una dintre primele formulări ale celei de-a doua legi a termodinamicii. În 1852, Thomson a dat o altă formulare a acesteia, și anume doctrina disipării energiei. În același an, Thomson, împreună cu Joule, a efectuat un studiu al răcirii gazelor în timpul expansiunii fără a efectua lucrări, care a servit ca pas de tranziție de la teoria gazelor ideale la teoria gazelor reale.
Lucrarea asupra termoelectricității („Calitățile electrodinamice ale metalelor”), începută în 1855, a determinat o activitate experimentală sporită; La lucrare au luat parte studenți de la Universitatea din Glasgow, care a marcat începutul primei lucrări practice de studenți din Marea Britanie, precum și începutul unui laborator de fizică la Glasgow.
În anii cincizeci ai secolului al XIX-lea, Thomson a devenit interesat de problema telegrafiei transatlantice; Îndemnat de eșecurile primilor pionieri practici, Thomson a investigat teoretic problema propagării impulsurilor electrice de-a lungul cablurilor și a ajuns la concluzii de cea mai mare importanță practică, care au făcut posibilă efectuarea telegrafiei peste ocean. Pe parcurs, Thomson a dedus condițiile existenței unei descărcări electrice oscilatorii (1853), care au fost din nou găsite mai târziu de Kirchhoff (1864) și au stat la baza întregii doctrine a oscilațiilor electrice. Într-o expediție pentru a întinde un cablu, Thomson a făcut cunoștință cu nevoile afacerilor maritime, ceea ce a dus la îmbunătățirea lotului și a busolei (1872-1876).
THOMSON (Kelvin) William (Thomson William, Baron Kelvin) (26.VI.1824 - 17.XII.1907)- Fizician englez, unul dintre fondatorii termodinamicii, membru al Societății Regale din Londra (1851), președinte în 1890-95. În 1892 a primit titlul de Lord Kelvin. R. în Belfast. A absolvit Universitatea Cambridge (1845). În 1846 - 99 - profesor la Universitatea din Glasgow (în 1846 a organizat unul dintre primele laboratoare de fizică), din 1904 - președinte.
Lucrările se referă la termodinamică, hidrodinamică, electromagnetism, elasticitate, căldură, matematică și tehnologie. În 1851 a formulat (independent de R. Clausius) a doua lege a termodinamicii: „în natură, un proces este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi munca mecanică efectuată prin răcirea rezervorului de căldură”. Conform acestei formulări a celei de-a doua legi a termodinamicii (după Thomson), a fost dovedită imposibilitatea unei mașini cu mișcare perpetuă de al doilea fel. A introdus conceptul de energie internă (1851). Cu toate acestea, pe baza legii deschise a termodinamicii și aplicând-o întregului Univers, a ajuns (1852) la concluzia eronată despre inevitabilitatea „morții termice a Universului” (ipoteza morții termice a Universului). ). Nelegalitatea acestei abordări și eroarea ipotezei au fost dovedite de L. Boltzmann .
Utilizată pe scară largă metoda termodinamică pentru a explica diferite fenomene fizice. 
În 1848 a introdus conceptul de temperatură absolută și scala de temperatură absolută numită după el (scala Kelvin).
El a arătat cum punctul de fierbere al unui lichid, în funcție de presiune, este legat de căldura de vaporizare, volumul lichidului și aburul format din acesta și a stabilit în 1870 că elasticitatea vaporilor saturați depinde de forma suprafata lichidului.
Împreună cu J. Joulem a stabilit în 1853 - 54 schimbarea temperaturii gazului în timpul curgerii sale adiabatice staționare lente printr-o partiție poroasă (efect Joule - Thomson). Utilizarea acestui efect este una dintre principalele metode de obținere a temperaturilor scăzute.
În 1856 a descoperit al treilea efect termodinamic (efectul Thomson): dacă există o diferență de temperatură de-a lungul unui conductor prin care trece un curent electric, atunci, pe lângă căldura Joule, în volumul conductorului, în funcție de direcția curent, mai multă căldură este eliberată sau absorbită (căldura Thomson). A construit o teorie termodinamică a fenomenelor termoelectrice.
A lucrat fructuos în domeniul studierii fenomenelor electrice și magnetice, în special a studiat proprietăți magnetice cristale.
S-a descoperit în 1851 o modificare a conductivității electrice specifice a feromagneților atunci când sunt magnetizați (efectul Thomson).
A proiectat o serie de electrometre și galvanometre extrem de sensibile, o busolă universală și alte instrumente.
El a dat un calcul al oscilațiilor electrice dintr-un circuit, obținând în 1853 o formulă pentru dependența perioadei de oscilații naturale într-un circuit de capacitatea și inductanța acestuia (formula lui Thomson). S-a stabilit (1856) modificarea rezistenței metalelor într-un câmp magnetic perpendicular pe curent. 
Studiile teoretice ale lui Thomson despre electromagnetism și o serie de ale sale invenții tehnice a contribuit în mod semnificativ la implementarea practică a comunicațiilor telegrafice, în special prin cablul transatlantic, la a cărui instalare a participat activ.
Sunt cunoscute cercetările sale asupra conductivității termice, pe care a încercat să le folosească pentru a calcula vârsta Pământului, a studiat problema rotației Pământului în jurul axei sale și a ajuns la concluzia că mareele mării influențează această rotație.
A prezentat (1902) o ipoteză despre structura atomilor, a efectuat calcule ale dimensiunilor moleculelor etc.
Membru al multor academii de științe și societăți științifice, în special al Academiei de Științe din Sankt Petersburg (1896).
Literatură:
- V. Lebedinsky. William Thomson Lord Kelvin – Leningrad, 1924
- M. McCartney. William Thomson, Lord Kelvin, Regele fizicii victoriane / fizicii. 1 septembrie.
- Fizica se încălzește. Lordul Kelvin. Termodinamica clasica. – M.: De Agostini, 2015 (Știință. Cele mai mari teorii: numărul 31)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Thomson William Lord Kelvin- un fizician și mecanic britanic celebru, renumit pentru teoreticul și munca practica in termodinamica, electrodinamica si mecanica, nascut 26 iunie 1824în Belfast, Irlanda. Datorită tatălui său, celebrul matematician James Thomson, ale cărui manuale au fost republicate timp de câteva decenii, viitorul om de știință a primit o educație bună, care de fapt i-a predeterminat viitorul drum al vieții.
Împreună cu fratele său James Thomson, William a primit o bună educație primară la Glasgow College, iar apoi la St. Peter's College, Cambridge, după care Thomson, în vârstă de douăzeci și doi de ani, a acceptat catedra de fizică teoretică la Universitatea din Glasgow.
Pe când era încă student, William a devenit interesat de cercetarea în domeniul propagării electrice și, de asemenea, a început să lucreze pe probleme legate de electrostatică. O în 1842 mai publică o serie lucrări științifice legate de rezultatele acestor studii.
În 1855Împreună cu studenții săi de la Universitatea din Glasgow, Thomson conduce numeroase cercetare practică pe termoelectricitate. Apropo, parțial datorită omului de știință, studenții din Anglia au început să fie atrași de lucrările științifice practice.
Aproximativ în același timp, Thomson a efectuat studii teoretice despre propagarea semnalelor electrice prin fire. În parte datorită lui și a rezultatelor muncii sale, crearea liniilor de comunicații telegrafice transatlantice (de-a lungul întregului ocean) a devenit posibilă. Omul de știință însuși este direct implicat în așezarea unora dintre ele. Thomson conduce, de asemenea, cercetări asupra sarcinilor electrice oscilatorii, care au fost continuate ulterior de urmașul său Gustav Robert Kirchhoff și au stat la baza doctrinei oscilațiilor electrice.
În 1853 William Thomson formulează dependența perioadei de oscilații electrice a unui circuit de capacitatea și inductanța, numită ulterior în onoarea sa (formula lui Thomson). Și trei ani mai târziu în 1856 omul de știință descoperă efectul degajării de căldură într-un conductor atunci când curentul electric trece prin el - al treilea efect termoelectric sau efectul Thomson.
William Thomson a proiectat personal o serie de instrumente electrice de măsurare de precizie: un galvanometru cu cablu, un electrometru și un sifon-marker (un dispozitiv pentru recepția semnalelor telegrafice). Apropo, Thomson a fost unul dintre primii care a sugerat utilizarea unui cablu cu mai multe fire în loc de unul solid din metal.
Marele om de știință și inventator a murit 17 decembrie 1907 in Scotia. Pentru serviciile oferite științei în timpul vieții, i s-a acordat titlul de baron și a fost ales membru de onoare al Academiei de Științe din Sankt Petersburg. Unitatea de măsurare a temperaturii, kelvin, a fost numită în onoarea sa (Thomson a primit titlul de Lord Kelvin după numele râului care curgea lângă universitatea sa natală din Glasgow).
"Dacă poți să măsori ceea ce vorbești și să-l exprimi în cifre, atunci știi ceva despre acest subiect. Dar dacă nu poți cuantifica acest lucru, cunoștințele tale sunt extrem de limitate și nesatisfăcătoare. Aceasta poate fi etapa inițială, dar acesta nu este nivelul de cunoștințe științifice autentice..."
W. Thomson (Lord Kelvin)
Omul de știință al cărui nume este dat scalei de temperatură termodinamică absolută, Lord Kelvin, a fost un om versatil ale cărui interese științifice au inclus termodinamica (în special, deținea două formulări ale celui de-al doilea principiu al termodinamicii), hidrodinamica, geologia dinamică, electromagnetismul, teoria elasticității. , mecanica si matematica . Sunt cunoscute cercetările omului de știință asupra conductivității termice, lucrările despre teoria mareelor, propagarea undelor pe suprafață și teoria mișcării vortexului. Dar el nu era doar un om de știință teoretician. „Omul de știință este separat de muncitorul productiv printr-un întreg abis, iar știința, în loc să servească în mâinile muncitorului ca mijloc de a-și crește propria putere productivă, aproape peste tot i se opune”, a spus omul de știință. Contribuția sa la dezvoltare aplicatii practice Este dificil să supraestimezi diferite ramuri ale științei. În anii 1850, un om de știință interesat de telegrafie a fost consilierul științific principal pentru pozarea primelor cabluri telegrafice peste Oceanul Atlantic. El a proiectat o întreagă gamă de instrumente electrometrice de precizie: un galvanometru cu oglindă „cablu”, electrometre cadrante și absolute, un marcator ondulator pentru recepționarea semnalelor telegrafice cu un sifon de cerneală, scale de amper utilizate pentru aliniere aparate electrice, și multe altele, și, de asemenea, a sugerat să utilizați fire tordante de la fir de cupru. Omul de știință a creat o busolă marină îmbunătățită, cu compensare pentru magnetismul carenei de fier a navei, a inventat un ecosonda continuu și un mareaj (un dispozitiv pentru înregistrarea nivelului apei în mare sau râu). Printre numeroasele brevete luate de acest designer ingenios, se numără și cele pentru dispozitive pur practice (cum ar fi robinetele de apă). O persoană cu adevărat talentată este talentată în orice.
William Thomson (acesta este numele real al acestui celebru om de știință), s-a născut cu exact 190 de ani în urmă, la 26 iunie 1824, la Belfast (Irlanda de Nord) în familia lui James, profesor de matematică la Institutul Academic Regal din Belfast. , autorul unui număr de manuale care au trecut prin zeci de ediții Thomson, ai cărui strămoși erau fermieri irlandezi. În 1817 s-a căsătorit cu Margaret Gardner. Căsătoria lor a fost mare (patru băieți și două fete). Fiul cel mare, James, și William au fost crescuți în casa tatălui lor, în timp ce băieții mai mici au fost crescuți de surorile lor mai mari. Nu este de mirare că Thomson Sr. a avut grijă de o educație decentă pentru fiii săi. La început i-a acordat mai multă atenție lui James, dar în curând a devenit clar că sănătatea precară a fiului său cel mare nu i-ar permite să primească o educație bună, iar tatăl său s-a concentrat pe creșterea lui William.br />
Când William avea 7 ani, familia s-a mutat la Glasgow (Scoția), unde tatăl său a primit o catedra de matematică și un profesor. Glasgow a devenit ulterior locul vieții și al muncii faimosului fizician. Deja la vârsta de opt ani, William a început să participe la cursurile tatălui său, iar la vârsta de 10 ani a devenit student la Glasgow College, unde a studiat cu fratele său mai mare James. John Nicol, un celebru astronom scoțian și popularizator al științei, care a lucrat la universitate din 1839, a jucat un rol major în modelarea intereselor științifice ale tânărului. A urmărit realizările avansate ale științei și a încercat să le prezinte studenților săi. La vârsta de șaisprezece ani, William a citit cartea lui Fourier „Teoria analitică a căldurii”, care a determinat, în esență, programul său de cercetare pentru tot restul vieții.
După ce a absolvit facultatea, Thomson a plecat să studieze la St. Peter College din Cambridge, unde a publicat mai multe lucrări despre aplicarea seriei Fourier la diferite ramuri ale fizicii și în remarcabilul studiu „The uniform motion of heat in homogeneous solid and its connection with the mathematical theory of electricity” („The Cambridge math”. . Journ.”, 1842) a făcut analogii importante între fenomenele de propagare a căldurii și curentul electric și a arătat cum rezolvarea problemelor dintr-unul din aceste zone poate fi aplicată problemelor din altă zonă. Într-un alt studiu, „The Linear Motion of Heat” (1842, ibid.), Thomson a dezvoltat principii pe care apoi le-a aplicat fructuos la multe probleme de geologie dinamică, de exemplu, la problema răcirii Pământului. Într-una dintre primele sale scrisori către tatăl său, Thomson scrie cum își plănuiește timpul: trezește-te la 5 a.m. și aprinde focul; citiți până la 8 ore și 15 minute; participa la prelegere zilnică; citește până la ora 13; faceți exerciții până la ora 16; vizitați biserica înainte de ora 19; citiți până la 8 ore și 30 de minute; mergeți la culcare la ora 9. Acest program ilustrează dorința de o viață de a minimiza pierderea inutilă de timp. Trebuie spus că William Thomson a fost un tânăr complet, a făcut sport, chiar a fost membru al echipei de canotaj din Cambridge și, împreună cu camarazii săi, a învins studenții de la Oxford în celebra cursă, desfășurată din 1829. Thomson era, de asemenea, bine versat în muzică și literatură. Dar tuturor acestor hobby-uri a preferat știința, iar aici și interesele lui erau variate.
În 1845, după ce a absolvit Cambridge, după ce a primit o diplomă de rang secund și un premiu Smith, William, la sfatul tatălui său, a plecat la Paris pentru a se antrena în laboratorul celebrului fizician experimental francez Henri-Victor Regnault (1810-1878). ). În același timp, în jurnalul lui Joseph Liouville, Thomson a publicat o serie de articole despre electrostatică, în care și-a subliniat metoda sa de imagini electrice, numită mai târziu „metoda imaginilor în oglindă”, care a făcut posibilă rezolvarea simplă a multor dintre cele mai dificile probleme de electrostatică.
În timp ce Thomson studia la Cambridge, la Glasgow au avut loc evenimente care i-au modelat viitoarea carieră. Când Thomson își termina primul an la Cambridge în 1841, William Meikleham, profesor de filozofie naturală la Universitatea din Glasgow, s-a îmbolnăvit grav. Era clar că nu se va putea întoarce la muncă. Anul 1842 a trecut, dar nici un candidat evident pentru spatiu liber nu era niciunul în Glasgow, iar apoi Thomson Sr. și-a dat seama că fiul său William, care tocmai împlinise 18 ani, ar putea foarte bine să participe la competiția pentru acest loc. Pe 11 septembrie 1846, Thomson, în vârstă de 22 de ani, a fost ales prin vot secret în funcția de profesor de filozofie naturală la Universitatea din Glasgow. Și-a păstrat postul până în 1899, nefiind tentat nici măcar de scaunul Cavendish de la Cambridge, care i-a fost oferit de trei ori în anii 1870 și 1880. Thomson a susținut prima sa prelegere ca profesor la Universitatea din Glasgow pe 4 noiembrie 1846. În aceasta, a oferit o prezentare generală introductivă a tuturor ramurilor fizicii pentru studenții înscriși la un curs de filozofie naturală. Într-o scrisoare către Stokes, Thomson a recunoscut că prima prelegere a fost un eșec. O scrisese cu totul înainte și era mereu îngrijorat că o citește prea repede. Dar acest lucru nu a împiedicat ca aceeași intrare să fie folosită în anul următor și în fiecare an după aceea timp de cincizeci de ani, cu diferite inserții, modificări și îmbunătățiri. Studenții și-au adorat faimosul profesor, deși capacitatea lui de a gândi instantaneu, de a vedea conexiuni și analogii i-a derutat pe mulți, mai ales când Thomson a introdus improvizat un astfel de raționament în prelegeri.
În 1847, la o întâlnire a Asociației Britanice de Istorie Naturală la Oxford, Thomson l-a întâlnit pe James Joule. În ultimii patru ani, Joule declarase la aceste întâlniri anuale că căldura nu era, așa cum se credea atunci, o substanță (calorică) care se răspândește de la un corp la altul. Joule a exprimat credința că căldura este de fapt rezultatul vibrațiilor atomilor constitutivi ai materiei. După ce a studiat modul în care gazul se contractă atunci când este răcit, Joule a sugerat că nicio substanță nu poate fi răcită sub o temperatură de 284 ° C (mai târziu, după cum știm, această cifră a fost rafinată de Thomson). În plus, Joule a demonstrat echivalența muncii și a căldurii prin efectuarea de experimente pentru a determina cantitatea echivalentă de lucru mecanic necesară pentru a încălzi o liră de apă cu 1°F. El a susținut chiar că temperatura apei la baza cascadelor era mai mare decât în vârf. Discursurile lui Joule la întâlnirile Asociației Britanice au fost primite cu plictiseală și neîncredere. Dar totul s-a schimbat la o întâlnire la Oxford în 1847, pentru că Thomson stătea în hol. A fost încântat de ceea ce avea de spus Joule, a început să pună multe întrebări și a provocat dezbateri aprinse. Adevărat, Thomson a sugerat că Joule ar putea greși. Într-o scrisoare către fratele său după întâlnire, Thomson a scris: „Trimit lucrările lui Joule, ceea ce vă va uimi, am avut puțin timp să le înțeleg în detaliu. ” Dar Joule nu s-a înșelat, iar Thomson, după multă deliberare, a fost de acord cu el. Mai mult, a reușit să conecteze ideile lui Joule cu munca lui Sadi Carnot la motoarele termice. În același timp, a reușit să găsească o modalitate mai generală de a determina temperatura zero absolut, independent de o substanță specifică. De aceea, unitatea de bază fundamentală a temperaturii a fost numită mai târziu kelvin. În plus, Thomson a realizat că legea conservării energiei este marele principiu unificator al științei și a introdus conceptele de energie „statică” și „dinamică”, pe care acum le numim energie cinetică și respectiv energie potențială.
În 1848, Thomson a introdus „ scară termometrică absolută". El i-a explicat numele după cum urmează: " Această scară se caracterizează prin independență completă față de proprietățile fizice ale oricărei substanțe particulare". El notează că " frigul infinit trebuie să corespundă unui număr finit de grade de termometru de aer sub zero", și anume: punct, " corespunzător volumului de aer redus la zero, care va fi marcat pe scară ca -273 ° C".
În 1849, a început munca lui Thomson asupra termodinamicii, publicată în publicațiile Royal Society din Edinburgh. În prima dintre aceste lucrări, Thomson, pe baza cercetărilor lui Joule, indică modul în care principiul lui Carnot, expus în eseul acestuia din urmă „Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance” (1824), ar trebui schimbat. pentru a principiul a fost în concordanță cu datele moderne; această lucrare celebră conține una dintre primele formulări ale celei de-a doua legi a termodinamicii.
Începând cu 1851, Thomson a publicat o serie de articole științifice sub titlul general „Despre teoria dinamică a căldurii”, în care a examinat (independent de R. Clausius) prima și a doua lege a termodinamicii. În același timp, revine din nou la problema temperaturii absolute, menționând că „ temperaturile a două corpuri sunt proporționale cu cantitatea de căldură preluată și respectiv degajată de un sistem material în două locuri având aceste temperaturi, atunci când sistemul finalizează un ciclu complet de procese reversibile ideale și este protejat de pierderea sau adăugarea de căldură la orice altă temperatură„. Lucrarea sa „Despre teoria dinamică a căldurii” a subliniat punct nou vedere asupra căldurii, conform căreia „ căldura nu este o substanță, ci o formă dinamică de efect mecanic.” Prin urmare, „trebuie să existe o oarecare echivalență între lucrul mecanic și căldură" Thomson subliniază că acest principiu, „ aparent pentru prima dată... a fost proclamat deschis în lucrarea lui Yu Mayer „Observații asupra forțelor naturii neînsuflețite" El menționează în continuare lucrarea lui J. Joule, care a studiat relația numerică, „ care leagă căldura și forța mecanică" Thomson susține că întreaga teorie a forței motrice a căldurii se bazează pe două prevederi, dintre care prima se întoarce la Joule și este formulată după cum urmează: „ În toate cazurile în care cantități egale de lucru mecanic sunt obținute în orice mod exclusiv din cauza căldurii sau sunt cheltuite exclusiv pentru a obține efecte termice, cantități egale de căldură sunt întotdeauna pierdute sau câștigate." Thomson formulează a doua poziție după cum urmează: „Dacă orice mașină este proiectată în așa fel încât atunci când funcționează în direcția opusă, toate procesele mecanice și fizice din orice parte a mișcării sale sunt transformate în opus, atunci ea produce exact atâta lucru mecanic cât ar putea produce orice mașină termodinamică. datorită unei cantități date de mașină de căldură cu aceleași surse de temperatură de căldură și frigider" Thomson urmărește această poziție la S. Carnot și R. Clausius și o fundamentează cu următoarea axiomă: „ Este imposibil să se obțină din orice masă de materie prin intermediul unui agent material neînsuflețit. lucru mecanic prin răcirea acestuia sub temperatura celui mai rece obiect din jur" La această formulare, care se numește formularea lui Thomson a celei de-a doua legi, Thomson notează următoarea: „ Dacă nu am recunoaște această axiomă ca fiind valabilă la toate temperaturile, ar trebui să admitem că este posibil să punem în funcțiune o mașină automată și să obținem, prin răcirea mării sau pământului, lucru mecanic în orice cantitate, până la epuizarea toată căldura pământului și a mării, sau în cele din urmă toată lumea materială" „Mașina automată” descrisă în această notă a început să fie numită perpetuum mobile de al 2-lea fel. Pe baza legii deschise a termodinamicii și aplicând-o întregului Univers, a ajuns (1852) la concluzia eronată despre inevitabilitatea „morții termice a Universului” (ipoteza morții termice a Universului). Ilegalitatea acestei abordări și eroarea ipotezei au fost dovedite de L. Boltzmann.
În același an, la vârsta de 27 de ani, Thomson a devenit membru al Societății Regale din Londra - Academia Engleză de Științe. În 1852, Thomson, împreună cu fizicianul englez James Joule, a realizat un studiu faimos despre răcirea gazelor în timpul expansiunii fără a lucra, care a servit ca pas de tranziție de la teoria gazelor ideale la teoria gazelor reale. Ei au descoperit că atunci când un gaz trece adiabatic (fără un aflux de energie din exterior) printr-o partiție poroasă, temperatura acestuia scade. Acest fenomen se numește „efectul Joule-Thomson”. Aproximativ în aceeași perioadă, Thomson a dezvoltat o teorie termodinamică a fenomenelor termoelectrice.
În 1852, omul de știință s-a căsătorit cu Margaret Crum, de care era îndrăgostit din copilărie. Era fericit, dar fericirea, din păcate, nu a durat mult. Deja în timpul lunii de miere, starea de sănătate a lui Margaret s-a deteriorat brusc. Următorii 17 ani din viața lui Thomson au fost umbriți de griji constante cu privire la sănătatea soției sale, iar omul de știință și-a dedicat aproape tot timpul liber îngrijirii ei.
Pe lângă lucrările sale despre termodinamică, Thomson a studiat fenomenele electromagnetice. Astfel, în 1853, a publicat un articol „Despre curenții electrici tranzitori”, punând bazele teoriei oscilațiilor electromagnetice. Având în vedere modificarea în timp a sarcinii electrice a unui corp sferic la conectarea acestuia cu un conductor subțire (sârmă) la Pământ, Thomson a constatat că apar oscilații amortizate cu anumite caracteristici, în funcție de capacitatea electrică a corpului, de rezistența conductor și capacitatea electrodinamică. Ulterior, formula care reflectă dependența perioadei de oscilații libere într-un circuit fără rezistență de valorile indicate a fost numită „formula lui Thomson” (deși el însuși nu a derivat această formulă).
În cele din urmă, în 1855, omul de știință a combinat două domenii ale intereselor sale științifice și a început să studieze procesele termoelectrice. El a dezvoltat o teorie termodinamică a fenomenelor termoelectrice. Multe astfel de fenomene erau deja cunoscute, unele fiind descoperite chiar de Thomson. În 1856, a descoperit al treilea efect termoelectric - efectul Thomson (primele două au fost apariția termo-emf și eliberarea căldurii Peltier), care a constat în eliberarea așa-numitului. „Căldură Thomson” atunci când curentul trece printr-un conductor în prezența unui gradient de temperatură. Cel mai uimitor lucru este că Thomson nu a realizat experimental această descoperire, ci a prezis-o pe baza teoriei sale. Și asta într-un moment în care oamenii de știință nu aveau încă idei mai mult sau mai puțin corecte despre natura curentului electric! Mare valoare Calculul lui Thomson al dimensiunilor moleculelor bazat pe măsurători ale energiei de suprafață a unui film lichid a contribuit la formarea conceptelor atomistice. În 1870, a stabilit dependența elasticității vaporilor saturati de forma suprafeței lichidului.
Thomson a fost strâns asociat cu un alt fizician de origine irlandeză, George Gabriel Stokes. S-au cunoscut la Cambridge și au rămas prieteni apropiați pentru tot restul vieții, schimbând peste 650 de scrisori. O mare parte din corespondența lor se referă la cercetări în matematică și fizică. Mințile lor se completau una pe cealaltă și, în unele cazuri, gândurile erau atât de unite încât niciunul nu putea spune (sau nu-i pasă) cine exprimase primul o idee. Poate cel mai faimos exemplu este teorema lui Stokes din analiza vectorială, care permite transformarea integralelor pe un contur închis în integrale pe o suprafață acoperită de acel contur și invers. Această teoremă a fost de fapt formulată într-o scrisoare de la Thomson către Stokes, așa că ar trebui să fie numită „teorema lui Thomson”.
În anii cincizeci, Thomson a devenit și el interesat de problema telegrafiei transatlantice; Îndemnat de eșecurile primilor pionieri practici, Thomson a investigat teoretic problema propagării impulsurilor electrice de-a lungul cablurilor și a ajuns la concluzii de cea mai mare importanță practică, care au făcut posibilă efectuarea telegrafiei peste ocean. Pe parcurs, Thomson deduce condiţiile existenţei unei descărcări electrice oscilatorii (1853), găsită din nou mai târziu de Kirchhoff (1864) şi care a stat la baza întregii doctrine a oscilaţiilor electrice. Expediția de așezare a cablului l-a introdus pe Thomson în nevoile afacerilor maritime și a dus la îmbunătățirea lotului și a busolei (1872-1876). El a creat și brevetat o nouă busolă care era mai stabilă decât cele existente la acea vreme și a eliminat abaterea asociată cu carenele de oțel ale navelor. La început, Amiraltatea a fost sceptică cu privire la invenție. Potrivit concluziei uneia dintre comisii, „busola este prea delicată și probabil foarte fragilă”. Ca răspuns, Thomson a aruncat busola în camera în care se întâlnea comisia și busola nu a fost deteriorată. Autoritățile navale s-au convins în sfârșit de puterea noii busole, iar în 1888 a fost adoptată de întreaga flotă. Thomson a inventat, de asemenea, un predictor mecanic de maree și a creat un nou ecosonda care ar putea determina rapid adâncimea sub o navă și, mai important, să facă acest lucru în timp ce nava se mișca.
Nu mai puțin faimoase au fost părerile lui William Thomson despre istoria termică a Pământului. Interesul său pentru această problemă a fost trezit în 1844, pe când era încă student la Cambridge. Mai târziu s-a întors la el de mai multe ori, ceea ce l-a adus în cele din urmă în conflict cu alți oameni de știință celebri, printre care John Tyndall, Thomas Huxley și Charles Darwin. Acest lucru poate fi văzut în descrierea lui Darwin despre Thomson ca un „spectru ticălos” și în fervoarea predicării lui Huxley în promovarea teoriei evoluționiste ca alternativă la credințele religioase. Thomson era creștin, dar nu era preocupat să apere o interpretare literală a detaliilor Creației, de exemplu, a discutat cu bucurie despre faptul că un meteorit a adus viață pe Pământ. Cu toate acestea, Thomson a apărat și promovat întotdeauna știința bună de-a lungul vieții. El credea că geologia și biologia evoluționistă sunt subdezvoltate în comparație cu fizica, care se baza pe matematică riguroasă. De fapt, mulți fizicieni ai vremii nu credeau că geologia și biologia erau deloc științe. Pentru a estima vârsta Pământului, William Thomson a folosit metodele lui Fourier preferat. A calculat cât timp a durat să se răcească topitul glob la temperatura actuală. În 1862, William Thomson a estimat vârsta Pământului la 100 de milioane de ani, dar în 1899 a revizuit calculele și a redus cifra la 20-40 de milioane de ani. Biologii și geologii aveau nevoie de o cifră de o sută de ori mai mare. Divergența dintre teorii a fost rezolvată abia la începutul secolului al XX-lea, când Ernest Rutherford și-a dat seama că radioactivitatea din roci asigura un mecanism intern de încălzire a Pământului, încetinind răcirea. Acest proces face ca vârsta Pământului să crească peste cea prezisă de Thomson. Estimările moderne dau o valoare de cel puțin 4600 de milioane de ani. Descoperirea în 1903 a unei legi care leagă eliberarea energiei termice cu dezintegrarea radioactivă nu l-a determinat să-și schimbe propriile estimări cu privire la vârsta Soarelui. Dar, din moment ce radioactivitatea a fost descoperită când Thomson avea peste 70 de ani, i se poate ierta că nu a luat în considerare rolul ei în cercetările pe care le-a început la 20 de ani.
W. Thomson avea, de asemenea, un mare talent didactic și a combinat perfect predarea teoretică cu pregătirea practică. Prelegerile sale despre fizică au fost însoțite de demonstrații, în care Thomson a implicat pe scară largă studenții, ceea ce a stimulat interesul ascultătorilor. La Universitatea din Glasgow, W. Thomson a creat primul laborator de fizică din Marea Britanie, în care s-au făcut multe studii științifice originale și care au jucat un rol major în dezvoltarea științei fizice. La început, laboratorul s-a înghesuit în foste săli de curs, o veche pivniță abandonată și o parte din casa vechiului profesor. În 1870, universitatea s-a mutat într-o clădire nouă magnifică, care a oferit spațiu spațios de laborator. Amvonul și casa lui Thomson au fost primele din Marea Britanie care au fost iluminate cu electricitate. Prima linie telefonică a țării funcționa între universitate și atelierele lui White, unde se fabricau instrumente fizice. Atelierele au crescut într-o fabrică cu mai multe etaje, care a devenit în esență o ramură a laboratorului.
Se spune că într-o zi lordul Kelvin a fost forțat să-și anuleze prelegerea și a scris pe tablă „Profesorul Thomson nu își va întâlni cursurile astăzi”. Elevii au decis să-și bată joc de profesor și au șters litera „c” din cuvântul „clase”. A doua zi, văzând inscripția, Thomson nu a rămas uimit, ștergând o altă literă din același cuvânt și a plecat în tăcere. (Joacă-te cu cuvintele: cursuri - cursuri, elevi; fete - amante, măgari - măgari.)
Margareta a murit la 17 iunie 1870. După aceasta, omul de știință a decis să-și schimbe viața, să dedice mai mult timp odihnei, chiar și-a cumpărat o goeletă, pe care a făcut plimbări cu prietenii și colegii. În vara anului 1873, Thomson a condus o altă expediție de pozare a cablurilor. Din cauza deteriorării cablului, echipajul a fost nevoit să facă o oprire de 16 zile în Madeira, unde omul de știință s-a împrietenit cu familia lui Charles Blandy, în special cu Fanny, una dintre fiicele sale, cu care s-a căsătorit în vara următoare.
Pe lângă activitățile științifice, didactice și de inginerie, William Thomson a îndeplinit multe îndatoriri onorifice. De trei ori (1873–1878, 1886–1890, 1895–1907) a fost ales președinte al Societății Regale din Edinburgh, iar din 1890 până în 1895 a condus Societatea Regală din Londra. În 1884 a călătorit în SUA, unde a ținut o serie de prelegeri. Realizările extraordinare ale lui Thomson în știința pură și aplicată au fost pe deplin apreciate de contemporanii săi. În 1866 William a primit titlu nobiliar, iar în 1892, regina Victoria, pentru serviciile sale științifice, i-a acordat notorietatea cu titlul de „Baron Kelvin” (după numele râului Kelvin, care curge în Glasgow). Din păcate, William a devenit nu numai primul, ci și ultimul baron Kelvin - a doua căsătorie, ca și prima, s-a dovedit a fi fără copii. Cea de-a cincizecea aniversare a activității sale științifice a fost sărbătorită în 1896 de către fizicienii din întreaga lume. La onorarea lui Thomson au participat reprezentanți din diferite țări, printre care fizicianul rus N.A. Umov; în 1896 Thomson a fost ales membru de onoare al Academiei de Științe din Sankt Petersburg. În 1899, Kelvin și-a părăsit catedra la Glasgow, deși nu a încetat să studieze știința.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, pe 27 aprilie 1900, Lordul Kelvin a ținut o conferință celebră la Instituția Regală despre criza teoriei dinamice a luminii și căldurii, intitulată „Norii din secolul al XIX-lea peste teoria dinamică a căldurii și a căldurii”. Aprinde." În el a spus: „Frumusețea și claritatea teoriei dinamice, conform căreia căldura și lumina sunt forme de mișcare, sunt în prezent umbrite de doi nori. Primul dintre ei... este întrebarea: cum se poate mișca Pământul prin un mediu elastic, care este în esență eter luminos? A doua este doctrina Maxwell-Boltzmann despre distribuția energiei.” Lordul Kelvin și-a încheiat discuția cu privire la prima întrebare cu cuvintele: „Mă tem că pentru moment trebuie să considerăm primul nor ca fiind foarte întunecat”. O mare parte a prelegerii a fost dedicată dificultăților asociate cu presupunerea unei distribuții uniforme a energiei pe gradele de libertate. Această problemă a fost discutată pe larg în acei ani în legătură cu contradicții insurmontabile privind distribuția spectrală a radiațiilor corpului negru. Rezumând căutarea infructuoasă a unei modalități de a depăși contradicțiile, Lordul Kelvin concluzionează destul de pesimist că cea mai simplă cale este pur și simplu să ignorăm existența acestui nor. Perspicacitatea venerabilului fizician a fost uimitoare: a identificat cu exactitate două puncte dureroase ale științei contemporane. Câteva luni mai târziu, în ultimele zile al XIX-lea, M. Planck și-a publicat soluția la problema radiației corpului negru, introducând conceptul de natura cuantică a radiației și absorbția luminii, iar cinci ani mai târziu, în 1905, A. Einstein a publicat lucrarea „On the Electrodynamics of Moving Bodies”, în care a formulat teoria relativității speciale și a dat un răspuns negativ la întrebarea despre existența eterului. Astfel, în spatele celor doi nori de pe cerul fizicii se aflau teoria relativității și mecanica cuantică – bazele fundamentale ale fizicii de astăzi.
Ultimii ani ai vieții lordului Kelvin au fost perioada în care au apărut multe lucruri fundamental noi în fizică. Era fizicii clasice, dintre care el era una dintre cele mai strălucitoare figuri, se apropia de sfârșit. Era cuantică și relativistă nu era deja departe și făcea pași către ea: era foarte interesat de raze X și radioactivitate, a efectuat calcule pentru a determina dimensiunea moleculelor, a formulat o ipoteză despre structura atomilor și a susţinut activ cercetările lui J. J. Thomson în această direcţie . Cu toate acestea, au existat unele incidente. În 1896, era sceptic cu privire la știrile despre descoperirea de către Wilhelm Conrad Roentgen a razelor speciale care făceau posibil să se vadă structura internă corpul uman, numind această știre exagerată, asemănătoare cu o farsă bine planificată și care necesită o verificare atentă. Și cu un an înainte a spus: „ Avioane mai grele decât aerul sunt imposibile.” În 1897, Kelvin a remarcat că radioul nu avea perspective.
Lordul William Kelvin a murit pe 17 decembrie 1907 la vârsta de 83 de ani în Largs (Scoția), lângă Glasgow. Serviciile aduse științei acestui rege al fizicii din epoca victoriană sunt incontestabil grozave, iar cenușa lui se află pe bună dreptate în Westminster Abbey, lângă cenușa lui Isaac Newton. După el, au rămas 25 de cărți, 660 de articole științifice și 70 de invenții. În Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa" (1896) furnizează o listă de aproximativ 250 de articole (excluzând cărțile) aparținând lui Thomson.