Rudolf Julius Emanuel Clausius (született Rudolf Gottlieb) (Köslin, 1822. január 2. – Bonn, 1888. augusztus 24.) német fizikus és matematikus, a termodinamika tudományának egyik fő megalapozója. A Sadi Carnot nevéhez köthető Carnot-ciklust újrafogalmazva a hőtan tudományát elméletileg megalapozottabbá tette. Legfontosabb írása 1850-ben jelent meg és A hő mozgatóerejéről címet viseli, ebben fogalmazódik meg először a termodinamika második főtételének gondolata. 1865-ben vezette be az entrópia fogalmát, 1870-ben pedig a viriáltételt.

Élete

Clausius Köslinben (ma: Koszalin, Lengyelország) született, Poroszország Pomeránia tartományában. Apja protestáns lelkész és tanfelügyelő volt,Emilio Segrè (2012). From Falling Bodies to Radio Waves: Classical Physicists and Their Discoveries. Courier Dover Publications. p. 228 a fiatal Rudolf apja iskolájában tanult. Pár év múlva a Stettini (ma: Szczecin) Gimnáziumba került. 1844-ben végzett a Berlini Egyetemen, ahol matematikát és fizikát tanult többek közt Heinrich Gustav Magnusnál, Peter Gustav Lejeune Dirichletnél és Jakob Steinernél. Történelmet is tanult Leopold von Rankénál. 1847-ben doktorált a Hallei Egyetemen, disszertációját az atmoszférában létrejövő optikai jelenségekről írta. Ezek után a fizika professzora lett Berlinben a Királyi Tüzérségi és Mérnöki Iskolában és úgynevezett privatdozent (a német oktatási rendszerben a habilitált oktatók címe) a Berlini Egyetemen. 1855-ben a Zürichi Szövetségi Műszaki Főiskolán (ETH) lett professzor és egészen 1867-ig itt is maradt. Ebben az évben azonban Würzburgba költözött, majd két év múlva Bonnba.

1870-ben a porosz–francia háborúban mentőalakulatot szervezett. A háborúban megsebesült, maradandó sérüléseket szerezve. Szolgálataiért Vaskereszt kitüntetésben részesült.

Felesége, Adelheid Rimpham 1875-ben gyerekszülés közben elhunyt, s Clausius így egyedül nevelte fel hat gyermekét. Bár a tanítást továbbra is folytatta, a kutatásokra kevesebb ideje maradt ezután. 1886-ban másodszor is megnősült, Sophie Sackot vette feleségül, tőle egy újabb gyermeke született. Két évvel később, 1888. augusztus 24-én Bonnban hunyt el.

Munkássága

Clausius doktori dolgozata a légköri jelenségekről szólt. Fő tézise szerint az, hogy napközben kéknek, napfelkeltekor és napnyugtakor pedig különféle árnyalatú vörösnek látjuk az eget (és a többi fényjelenség is) végső soron a fénytöréssel és a fényvisszaverődéssel magyarázható. Később Lord Rayleigh bebizonyította, hogy az ég kék színe fényszórás következménye, azonban Clausis műve így is figyelemre méltó abból a szempontból, hogy a kor tudományos átlagánál jóval mélyebb matematikai eszköztárral dolgozott.

Legfontosabb műve: “Über die bewegende Kraft der Wärme" (A hő mozgatóerejéről) 1850-ben jelent meg és a hő mechanikai elméletével foglalkozott.. See English Translation: On the Moving Force of Heat, and the Laws regarding the Nature of Heat itself which are deducible therefrom. Phil. Mag. (1851), series 4, 2, 1–21, 102–119. Also available on Google Books. Ebben az írásában bemutatta, hogy ellentmondás van Carnot alapelve és az energiamegmaradás elve között. Clausius az ellentmondás feloldására két törvényt vezetett be, a termodinamika első és második főtételét (a harmadik főtételt Walther Hermann Nernst dolgozta ki 1906-1912 közt). Ez a műve emelte elismert tudóssá.

Leghíresebb tételét a termodinamika második főtételéről 1854-ben publikálta:

(Szokás ezt a következő alakban is idézni: A természetben nincs olyan folyamat, amelyben a hő önként, külső munkavégzés nélkül hidegebb testről melegebbre menne át.)

1857-ben Clausius a kinetikus gázelmélethez járult hozzá azzal, hogy August Krönig nagyon egyszerű kinetikus modelljébe bevezette a transzlációs, rotációs és vibrációs molekuláris mozgásokat. Ugyanebben a művében vezette be a részecskékre vonatkozóan a közepes szabad úthossz fogalmát.Clausius, R. (1864), Abhandlungen über die Mechanische Wärmetheorie. Electronic manuscript from the Bibliothèque nationale de France.

Levezette a termodinamikában jelentős Clausius–Clapeyron-egyenletet. A két halmazállapot fázisátalakulásának leírására szolgáló formulát 1834-ben javasolta Émile Clapeyron.

Természetfelfogása szélsőségesen mechanikus és determinisztikus volt, amit jól érzékeltet az alábbi idézet:

„A világmindenséget felhúzták, mint az órát, egyszer s mindenkorra húzták fel, ha a rugója lejár — mindennek vége. Ami meg a teret és az időt illeti, azok csak az emberi értelem koncepciói, a természetben nem léteznek.”Je. I. Parnov: A végtelenek keresztútján. Univerzum Könyvtár. Kossuth Könyvkiadó, Budapest, 1971. p. 49.

Entrópia

Clausius 1865-ben adta meg az entrópia első matematikai megfogalmazását (magát az entrópia szót is ő alkotta meg). Mértékegységként a ma már elavult Clausiust használta (jele: Cl). Az entrópia név a görög en és tropein szavak összetételéből származik, és jelentése körülbelül „átalakító tartalom” (“Verwandlungsinhalt"). Contains English translations of many of his other works.

1 Clausius (Cl) = 1 kalória/Celsius-fok (cal/°C) = 4,1868 joule/kelvin (J/K)

Az 1865-ös értekezés zárásaként Clausius a következőképpen fogalmazta meg a termodinamika első két főtételét:

Ez utóbbi megállapítást szokás Clausius tévedésének nevezni, ebből következett ugyanis a hőhalál víziója, mely a XIX. században oly rémülettel töltötte el a kortársakat. Magára hagyott rendszerben ugyanis az entrópia valóban maximumra törekszik, és ha ezt eléri, beáll a termikus egyensúlyi állapot. Az univerzum esetében ez azt jelenti, hogy amint az entrópia eléri a maximumot, beáll a végleges egyensúlyi állapot, vagyis tulajdonképpen bekövetkezik a világvége. A tévedés forrása, hogy az univerzumra nem alkalmazható a második főtétel, az ugyanis csak homogén, véges kiterjedésű termodinamikai rendszerek véges időn belül bekövetkező változásait írja le, márpedig az univerzumra (jelenlegi ismereteink szerint) a fentiek közül egyik sem igaz.

Publikációk English translations of nine papers.

Jegyzetek

Fordítás

Kategória:Német fizikusok Kategória:1822-ben született személyek Kategória:1888-ban elhunyt személyek Kategória:Német matematikusok Kategória:MTA-tagok Kategória:Német egyetemi, főiskolai oktatók Kategória:A Royal Society tagjai