Рудолф Клаузијус

Рудолф Јулиус Емануел Клаузијус ( ; Кослин, 2. јануар 1822 − 24. август 1888) био је немачки физичар и математичар. Сматра се једним од оснивача науке о термодинамици.^[1] Својим преправљањем принципа Сади Карноа, познатог као Карноов циклус, пружио је темељнију основу за теорију топлоте. Његов најважнији рад је „О покретној сили топлоте“ (1850).^[2][3] Први је објавио други закон термодинамике. Он је увео концепт ентропије 1865. и вирал^[а] теорему о топлоти 1870. године.^[4]. Проучавајући термодинамичке процесе, увео је концепт ентропије, развио кинетичку теорију топлоте и установио да је специфична топлота идеалног гаса константна Клаузијусов закон.

Рудолф Јулиус Емануел Клаузијус
Клаузијус
Датум рођења	(1822-01-02)2. јануар 1822.
Место рођења	Кослин, Померанија, (данашњи Косзалин, Пољска),  Пруска
Датум смрти	24. август 1888.(1888-08-24) (66 год.)
Место смрти	Бон, провинција Рајна,  Немачко царство
Поље	Физика, Математика, Термодинамика
Познат по	-Други закон термодинамике -творац концепта ентропије -Клаузијус-Мосоти однос -Клаузијус-Kлаперон однос -Клаузијус-Ранкинеов процес -Клаузијус теорема -Клаузијус-Духем неједнакост -Вириал теорема -дисгрегација
Награде	Гвоздени крст (1870) Хуигенс медаља (1870) Цоплеи медаља (1879) Понцелет награда (1883) Орден за заслуге за уметност и науку (1888)
Потпис

Биографија

Клаузије је рођен у Кослину (данас Кошалин у Пољској) у покрајини Померанија у Пруској. Отац му је био протестантски пастор и школски инспектор^[5], и ишао је у школу свог оца. После неколико година, отишао је у Гимназију у Штетину (сада Шчећин).

Клаузије је дипломирао на Берлинском универзитету 1844. године, где је студирао математику и физику, са њим су студирали и Густав Магнус, Петер Густав Лежен Дирихле и Јакоб Штајнер. Такође је студирао историју код Леополда фон Ранкеа. Током 1847. године докторирао је на Универзитету у Халеу о оптичким ефектима у Земљиној атмосфери. Потом је постао професор физике на Краљевској артиљеријској и инжењерској школи у Берлину и Приват доцент на Берлинском универзитету. 1855. постао је професор на ЕТХ Цирих, Швајцарском савезном технолошком институту у Цириху, где је боравио до 1867. Преселио се у Вирцбург 1867. године. а две године касније, 1869. у Бон.

Током Француско-пруског рата Клаузије је 1870. организовао корпус хитне помоћи. Рањен је у бици, а своје услуге одликован је Гвозденим крстом.

Његова супруга Аделаида Римпхам умрла је на порођају 1875. године, оставивши га да сам одгаја њихово шесторо деце. Наставио је да предаје, али је због тога имао мање времена за истраживање.

Оженио се 1886. са Софијом Сак и са њом је имао још једно дете.

Умро је у Бону у Немачкој, 24. августа 1888. године^[6].

Рад

Клаузијусова докторска теза о рефракцији светлости образлаже да током дана гледамо плаво небо и различите нијансе црвене при изласку и заласку сунца због рефлексије и рефракције светлости. Касније би лорд Раилих показао да је то у ствари последица распршења светлости, али без обзира на то, Клаузијус је користио далеко више математички приступ него што су неки други користили.

Његов најпознатији рад, (Ueber die bewegende Kraft der Wärme) „О покретној снази топлоте“ ^[7], објављен је 1850. године и бавио се механичком теоријом топлоте. У овом раду показао је да постоји контрадикција између Царнотовог принципа и концепта очувања енергије. Клаузије је друкчије изложио Први и други закона термодинамике да би превазишао ову контрадикцију. Трећи закон термодинамике развио је Валтхер Нернст током 1906.–1912..

Клаузијусов најпознатији изказ другог термодинамичког закона објављен је на немачком 1854^[8], и на енглеском 1856^[9].

Топлота никада не може прећи са хладнијег у топлије стање без неке друге промене, повезане с тим, која се дешава истовремено.

Током 1857. године, Клаузијус је допринео пољу кинетичке теорије након што је рафинирао веома једноставан гас-кинетички модел Аугуста Кронига који укључује транслационе, ротационе и вибрационе молекуларне покрете. У истом том раду представио је концепт 'Средњег слободног пута' честице^[10][11][12].

Клаузијус је из термодинамике изводити закључак да је однос Клаузијус-Клапеирон однос, који представља карактеристику фазног прелаза између два стања материје, као што су чврста и течна, првобитни закључак је развио 1834. године Емил Клапеирон.

Клаузијус је 1870. године дао виралну теорему, која представља однос између просечног времена кинетичке енергије и просечног времена потенцијалне енергије затвореног непокретног физичког система. Због тога је повезан са механиком и затвореним термодинамичким системом.

Клаузијус је такође увео средњи слободни пут у физику, темељни концепт статистичке механике.

Ентропија

Клаузијус је 1865. дао прву математичку верзију концепта ентропије, и дао и му име^[6](. Клаузије је одабрао реч јер је значење (од грчког εν „у“ и τροπη „преображај“) „трансформација садржаја“ или „садржај трансформације“ (Verwandlungsinhalt)^[2][3]. За ентропију је користио напуштену јединицу Clausius (симбол: Cl) ^[13].

1 Клаузијус (Cl) = 1 калорија / степен Целзијуса (cal / °C) = 4.1868 џула по келвину (Ј / К)

${\displaystyle Cl(Clausius)={\frac {1calorija}{1stepenC}}=4,1868{\frac {Jul}{Kelvin}}}$

Оријентациони рад из 1865. године у који је увео концепт ентропије завршава се следећим кратким прегледом првог и другог закона термодинамике^[2]:

• Енергија универзума је константна.
• Ентропија универзума тежи максимуму.

Клаузијус-Ранкинеов процес

Клаузијус-Ранкинеов процес

Клаузијус-Ранкинеов процес^[14] је термодинамички кружни процес у којем се из топлотне енергије добија механичка енергија, при чему се као радни медијум користи водена пара.

У техници се тај процес остварује у термоенергетском постројењу комбинацијом следеће основне опреме:

• парном машином или парном турбином, где се део топлотне енергије коришћењем водене паре претвара у механичку енергију
• кондензатором, у којем се пара кондензује одвођењем топлоте, најчешће помоћу расхладне воде
• напојном пумпом, којом се кондензат поновно враћа у генератор паре

Клаузијус-Клаперон једначина

Клаузијус-Клапеирон једначина једна је од основних термодинамичких једначина која описује изотермалне фазне прелазе типа 1 (на пример, топљење или испаравање).

Типични фазни дијаграм температуре и притиска. Клаузијус-Цлапеиронова једначина може се користити за утврђивање односа температуре и притиска на границама фаза

Ако је:

• ${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}}$ степен криве промене стања,
• ${\displaystyle \Delta H}$ латентна енталпија промене стања,
• ${\displaystyle (V_{2}+V_{1})}$ одговарајући волумени 2 фазе, а
• ${\displaystyle T}$ термодинамичка температура на којој се промена збива, једначина гласи:

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}={\frac {\Delta H}{(V_{2}+V_{1})\,T}}}$

Фазни прелази

Фазни прелази су промене стања одређене фазе (елементарне, једињења, еутектике, периферне итд.), при промени температуре. Следећа фазни прелази су различити:

• фазни прелази типа 1, у којима су слободне енталпијске равнотеже у обе фазе једнаке по вредности, али се истовремено ентропија и запремина драматично мењају. Прелази фазе 1 укључују, на пример, топљење, испаравање и сублимацију.
• фазни прелази типа 2 чија се енталпија, ентропија или запремина не мењају у равнотежи. У фазне прелазе типа 2, где на пример, материје губе своја феромагнетна својства, суперпроводљивост, процесе разградње и формирања интерметалних једињења у чврстој фази.

Признања

• Почасно чланство у институцији инжењера и бродоградитеља у Шкотској 1859. године. IESIS
• Гвоздени крст 1870. године
• Члан Краљевског друштва Лондона 1868.
• Медаља Цоплеи добио је 1879. године.
• Члан Краљевске Шведске академије наука 1878.
• Хуигенс-ова медаља 1870. године
• Страни члан Национална академија у Линцеи у Риму 1880
• Члан Немачке академије наука Леополдина 1880. године
• Понцелет награда 1883.
• Почасни докторат на Универзитету у Визцбургу 1882. године.
• Страни члан Академије наука и наука Краљевине Холандије 1886.
• Орден за заслуге за уметност и науку 1888
• Лунарни кратер Клаузијус (кратер) који је добио име у његову част.
• Спомен обележје у његовом родном граду Кошалин 2009. године

Погледај још

• Први принцип термодинамике
• Други принцип термодинамике

Напомене

1. Реч вириал потиче од вис, латинске речи за "силу" или "енергију", а техничку дефиницију дао је 1870. године Рудолф Клаузијус()

Публикације

• Clausius, R. (1867). The Mechanical Theory of Heat – with its Applications to the Steam Engine and to Physical Properties of Bodies. London: John van Voorst. „editions:PwR_Sbkwa8IC.” English translations of nine papers.

Референце

1. Cardwell, D.S.L. (1971), From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age, London: Heinemann, ISBN 978-0-435-54150-7
2. Clausius, R. (1867). The Mechanical Theory of Heat – with its Applications to the Steam Engine and to Physical Properties of Bodies. London: John van Voorst. Приступљено 19. 6. 2012. „editions:PwR_Sbkwa8IC.” Contains English translations of many of his other works.
3. Clausius, R. (1865), „Ueber verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der Hauptgleichungen der mechanischen Wärmetheorie”, Annalen der Physik, 125 (7): 353—400, Bibcode:1865AnP...201..353C, doi:10.1002/andp.18652010702
4. Clausius, RJE (1870). „On a Mechanical Theorem Applicable to Heat”. Philosophical Magazine. 4th Series. 40: 122—127.
5. Emilio Segrè (2012). From Falling Bodies to Radio Waves: Classical Physicists and Their Discoveries. Courier Dover Publications. стр. 228.
6. Cropper, William H. (2004). „The Road to Entropy Rudolf Clausius”. Great Physicists: The Life and Times of Leading Physicists from Galileo to Hawking. Oxford University Press. стр. 93—105. ISBN 978-0-19-517324-6. Приступљено 10. 4. 2020.
7. Clausius, R. (1850). „Ueber die bewegende Kraft der Wärme und die Gesetze, welche sich daraus für die Wärmelehre selbst ableiten lassen”. Annalen der Physik. 79 (4): 368—397, 500—524. Bibcode:1850AnP...155..500C. doi:10.1002/andp.18501550403. hdl:2027/uc1.$b242250.. 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.
8. Clausius, R. (1854). „Ueber eine veränderte Form des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheoriein”. Annalen der Physik und Chemie. 93 (12): 481—506. Bibcode:1854AnP...169..481C. doi:10.1002/andp.18541691202. Приступљено 25. 6. 2012.
9. Clausius, R. (август 1856). „On a Modified Form of the Second Fundamental Theorem in the Mechanical Theory of Heat”. Phil. Mag. 4. 12 (77): 81—98. doi:10.1080/14786445608642141. Приступљено 25. 6. 2012.
10. Clausius, R. (1857), „Über die Art der Bewegung, die wir Wärme nennen”, Annalen der Physik, 100 (3): 353—379, Bibcode:1857AnP...176..353C, doi:10.1002/andp.18571760302
11. Clausius, R. (1862), „Ueber die Wärmeleitung gasförmiger Körper”, Annalen der Physik, 115 (1): 1—57, Bibcode:1862AnP...191....1C, doi:10.1002/andp.18621910102
12. Clausius, R. (1864), Abhandlungen über die Mechanische Wärmetheorie. Electronic manuscript from the Bibliothèque nationale de France.
13. Huang, Mei-Ling; Hung, Yung-Hsiang; Chen, Wei-Yu (10. 4. 2020). „Neural Network Classifier with Entropy Based Feature Selection on Breast Cancer Diagnosis”. Journal of Medical Systems (на језику: енглески). 34 (5): 865—873. ISSN 1573-689X. PMID 20703622. doi:10.1007/s10916-009-9301-x.
14. Schmidt, Achim (2019). „Technical Thermodynamics for Engineers”. books.google.rs. Springer. Приступљено 10. 4. 2020.

Спољашње везе

• Revival of Kinetic Theory by Clausius
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. „Рудолф Клаузијус”. MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews.
• Chisholm, Hugh, ур. (1911). „Clausius, Rudolf Julius Emmanuel”. (на језику: енглески) (11 изд.). Cambridge University Press.
• Rudolf Clausius на сајту Пројекат Гутенберг (језик: енглески)