Ρούντολφ Κλαούζιους: ο θεμελιωτής της Θερμοδυναμικής

στις

Ο Ρούντολφ Κλαούζιους γεννήθηκε σαν σήμερα 2 Ιανουαρίου 1822 στο Κέσλιν (Köslin) της Πρωσίας και πέθανε το 1888. Θεωρείται ο θεμελιωτής της Θερμοδυναμικής. Όρισε την εντροπία και διετύπωσε τον 1ο και 2ο Νόμο της Θερμοδυναμικής. Αφού σπούδασε μαθηματικά και φυσική στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, δίδαξε επί ένα χρόνο ως δόκιμος καθηγητής στο "Frederic-Werder Gymnasium", όπου ανέλαβε τις προχωρημένου επιπέδου τάξεις των μαθηματικών και της φυσικής. Ο τίτλος της διατριβής του ήταν ‘Περί των σωματιδίων που ανακλούν το φως στην ατμόσφαιρα’. Δίδαξε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, στο Πανεπιστήμιο του Βίρτσμπουργκ, στη Βόννη και τέλος στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. 

Clausius

Όταν ξέσπασε ο Γαλλογερμανικός πόλεμος το 1870 ο Κλαούζιους, όντας θερμός Γερμανός πατριώτης, κατατάχτηκε στο στρατό παρά το ότι ήταν σχεδόν πενήντα ετών και τραυματίστηκε στο πόδι, γεγονός που του στοίχισε σχεδόν μόνιμη ελαφρά αναπηρία.

Ήδη από το 1850 ο Κλαούζιους είχε αναπτύξει ορισμένες από τις περί θερμότητας θεωρίες του. Το 1850 συνέγραψε και παρουσίασε στο Βερολίνο (Ακαδημία Επιστημών) τη μελέτη του ‘Περί της κινητηρίου δυνάμεως της Θερμότητος’, Στη μελέτη αυτή εμπεριέχεται η αρχική διατύπωση του δεύτερου νόμου της Θερμοδυναμικής.

Ο Κλαούζιους ήταν ο πρώτος που διατύπωσε το αξίωμα "Δεν είναι δυνατή η αυθόρμητη μεταφορά θερμότητας από ένα σώμα χαμηλής θερμοκρασίας σε ένα σώμα υψηλής θερμοκρασίας".  Δεκαπέντε χρόνια αργότερα, ο Κλαούζιους εισάγει μια επαναστατική, τότε, έννοια στη Θερμοδυναμική: Την έννοια της εντροπίας, χρησιμοποιώντας τον όρο "Entropie": Διατύπωσε την άποψη ότι Η ενέργεια ενός κλειστού συστήματος μπορεί ποσοτικά να διατηρείται αλλά ποιοτικά υποβαθμίζεται. Με βάση αυτή τη διαπίστωση, ο Κλαούζιους διατύπωσε ξανά τους δύο νόμους της Θερμοδυναμικής.

Η θερμοδυναμική είναι η μελέτη της μετατροπής ενέργειας από μηχανική ενέργεια – έργο – σε θερμότητα και αντίστροφα, μέσα από τη μελέτη θερμικών διεργασιών.[1]Με τον όρο διεργασία εννοούμε την μετάβαση από τη μια κατάσταση ενός συστήματος σε μια άλλη. Η θερμοδυναμική ασχολείται μόνο με μακροσκοπική απόκριση των συστημάτων που την αποτελούν, την οποία και μπορούμε να υπολογίσουμε πειραματικά. Η θερμοδυναμική σήμερα αποτελεί έναν βασικό κλάδο φυσικής, και διδάσκεται σαν προπτυχιακό μάθημα σε μηχανικούς σε όλο τον κόσμο

Κατά τα πρώτα χρόνια παραμονής του στη Ζυρίχη ασχολήθηκε με την κινητική θεωρία των αερίων. Δημοσίευσε δύο μελέτες πάνω στο θέμα: "Επί του τύπου της κινήσεως που αποκαλούμε θερμότητα" (1857) και "Επί του μέσου μήκους διαδρομής που διανύουν μονήρη μόρια κατά την μοριακή κίνηση των αερίων σωμάτων" (1858). Με βάση την παραδοχή ότι τα μόρια των αερίων κινούνται ευθύγραμμα, ο Κλαούζιους υπολόγισε τη μέση ταχύτητα των μορίων του αερίου υδρογόνου σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πιέσεως. Η ταχύτητα την οποία υπολόγισε (2000 m/sec) έμοιαζε να έρχεται σε πλήρη αντίθεση με την ταχύτητα διάχυσης των αερίων, ο Κλαούζιους επιχείρησε να την εξηγήσει με τη σημαντική έννοια της "μέσης ελεύθερης τροχιάς" των μορίων. Λίγα χρόνια αργότερα (1862) δημοσίευσε τη μελέτη του "Επί της θερμικής αγωγιμότητος των αερίων σωμάτων", στην οποία πέτυχε να ταυτίσει τη θεωρία με τα πειραματικά αποτελέσματα.

Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ τον επαίνεσε και αναφερόμενος σε αυτόν είπε: "Είναι ο πρώτος που μας έδωσε ακριβείς ιδέες για την κίνηση των υπό αταξία κινούμενων μορίων στα αέρια". Ο Μάξγουελ ανέφερε, επίσης, ότι η από αυτόν υιοθέτηση των αρχών της μηχανικής στη μελέτη των μορίων "οφείλεται, κατά μέγα μέρος, στην εργασία του Δρα. Κλαούζιους".

Το ίδιο έτος ο Κλαούζιους στρέφεται εκ νέου στη Θερμοδυναμική. Στη μελέτη που δημοσιεύει με τίτλο "Επί της εφαρμογής του θεωρήματος της Ισορροπίας Μεταβολών στο εσωτερικό έργο" συμπεραίνει ότι "είναι πρακτικά αδύνατο να φθάσουμε στο απόλυτο μηδέν της θερμοκρασίας με οποιαδήποτε μεταβολή στην κατάσταση ενός σώματος".

Ο Κλαούζιους διατύπωσε, επίσης, το 1851, την άποψη ότι το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω ενός διαλύματος λόγω ιονισμού, αν και έγινε πιστευτός από ελάχιστους εκείνη την εποχή.

Advertisements