Le zéro absolu Lord Kelvin. Zéro absolu Biographie de Lord Kelvin William Thomson

Thomson William Lord Kelvin- un célèbre physicien et mécanicien britannique, célèbre pour ses travaux théoriques et pratiques dans le domaine de la thermodynamique, de l'électrodynamique et de la mécanique, est né 26 juin 1824à Belfast, en Irlande. Grâce à son père, le célèbre mathématicien James Thomson, dont les manuels ont été réimprimés pendant plusieurs décennies, le futur scientifique a reçu une bonne éducation qui a en fait prédéterminé son futur chemin de vie.

Avec son frère James Thomson, William obtient un bon enseignement primaire au Glasgow College, puis au St. Peter's College de Cambridge, après quoi Thomson, vingt-deux ans, prend la chaire de physique théorique à l'Université de Glasgow.

Alors qu'il était encore étudiant, William s'est intéressé à la recherche dans le domaine de la propagation de l'électricité et a également commencé à étudier les problèmes liés à l'électrostatique. MAIS en 1842 publie également un numéro travaux scientifiques associés aux résultats de ces études.

En 1855 Avec ses étudiants de l'Université de Glasgow, Thomson mène de nombreuses recherches pratiques sur la thermoélectricité. Soit dit en passant, en partie grâce au scientifique, les étudiants de toute l'Angleterre ont commencé à être attirés par les travaux scientifiques pratiques.

Vers la même époque, Thomson études théoriques dissémination signaux électriques Par fil. C'est en partie grâce à lui et aux résultats de ses travaux qu'il est devenu possible de créer des lignes de communication télégraphiques transatlantiques (à travers l'océan). Le scientifique lui-même est directement impliqué dans la pose de certains d'entre eux. Thomson mène également des recherches sur les charges électriques oscillatoires, qui ont ensuite été poursuivies par son disciple Gustav Robert Kirchhoff et ont formé la base de la doctrine de vibrations électriques.

En 1853 William Thomson formule la dépendance de la période des oscillations électriques du circuit sur la capacité et l'inductance, plus tard nommées d'après lui (formule de Thomson). Et trois ans plus tard en 1856 le scientifique découvre l'effet de dégagement de chaleur dans un conducteur lorsqu'un courant électrique le traverse - le troisième effet thermoélectrique ou effet Thomson.

William Thomson a conçu le sien toute la ligne instruments de mesure électrique précis : galvanomètre à câble, électromètre et siphon-marqueur (appareil pour recevoir les signaux télégraphiques). D'ailleurs, c'est Thomson qui a été l'un des premiers à proposer d'utiliser un câble toronné au lieu d'un câble métallique solide.

Le grand scientifique et inventeur est mort 17 décembre 1907 en Ecosse. Pour ses services à la science au cours de sa vie, il a reçu le titre de baron et a été élu membre honoraire de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg. L'unité de mesure de la température, le kelvin, porte son nom (Thomson a reçu le titre de Lord Kelvin du nom de la rivière qui coulait près de son université natale à Glasgow).

(26.06.1824 - 17.12.1907)

Un des les plus grands physiciens. Les ancêtres de Thomson étaient des fermiers irlandais ; son père, James Thomson (1776-1849), célèbre mathématicien, fut à partir de 1814 professeur à la Belfast Academical Institution, puis à partir de 1832 professeur de mathématiques à Glasgow ; connu pour ses manuels de mathématiques, avec des dizaines d'éditions. William Thomson et son frère aîné, James, ont étudié dans un collège de Glasgow, puis à St. Peter Kolleǵe à Cambridge, où Thomson a terminé son cours de sciences en 1845.

En 1846, Thomson, âgé de vingt-deux ans, prend la chaire de physique théorique à l'Université de Glasgow. Les mérites extraordinaires de Thomson dans les sciences pures et appliquées étaient pleinement appréciés par ses contemporains.

En 1866, Thomson est élevé à la noblesse, en 1892 la reine Victoria lui accorde une pairie avec le titre de "Baron Kelvin".

Alors qu'il était encore étudiant, Thomson a publié un certain nombre d'articles sur l'application des séries de Fourier à la physique et dans la remarquable étude "Le mouvement uniforme de la chaleur dans un solide homogène et sa connexion avec la théorie mathématique de l'électricité" ("The Cambridge math. Journ .", 1842) il a établi des analogies importantes entre les phénomènes de propagation de la chaleur et du courant électrique et a montré comment appliquer la solution des questions d'un de ces domaines à des questions d'un autre domaine. Dans une autre étude, "The Linear Motion of Heat" (1842, ibid.), Thomson a développé des principes qu'il a ensuite appliqués avec succès à de nombreux problèmes de géologie dynamique, tels que le refroidissement de la terre.

En 1845, alors qu'il était à Paris, Thomson commença à publier un certain nombre d'articles sur l'électrostatique dans le journal de Liouville, dans lesquels il décrivait sa méthode d'imagerie électrique, qui permettait de résoudre simplement bon nombre des problèmes les plus difficiles de l'électrostatique.

Depuis 1849, les travaux de Thomson sur la thermodynamique ont commencé, publiés dans les publications de la Royal Society à Édimbourg. Dans le premier de ces ouvrages, Thomson, s'appuyant sur les recherches de Joule, indique comment modifier le principe de Carnot, énoncé dans l'ouvrage de ce dernier "Réflexions sur la puissance mote du feu" (1824), afin de rendre le principe cohérent avec données modernes ; cet ouvrage célèbre contient la première formulation du second principe de la thermodynamique.

En 1852, Thomson en donna une autre formulation, à savoir la doctrine de la dissipation de l'énergie.

La même année, Thomson, en collaboration avec Joule, a réalisé une étude bien connue sur le refroidissement des gaz pendant la détente sans travail, qui a servi d'étape de transition de la théorie des gaz parfaits à la théorie des gaz réels.

Les travaux commencés en 1855 sur la thermoélectricité ("Qualités électrodynamiques des métaux") ont provoqué une intensification des travaux expérimentaux; étudiants ont participé aux travaux, ce qui a marqué le début Travaux pratiquesétudiants à l'Université de Glasgow - le premier en Angleterre, ainsi que le début d'un laboratoire de physique à Glasgow.

Dans les années cinquante, Thomson s'intéresse à la question de la télégraphie transatlantique ; poussé par les échecs des premiers pionniers pratiques, Thomson étudie théoriquement la question de la propagation des impulsions électriques le long des câbles et arrive à des conclusions de la plus haute importance pratique, qui ont permis de réaliser la télégraphie à travers l'océan. Chemin faisant, Thomson en déduit les conditions d'existence d'une décharge électrique oscillatoire (1853), qui seront retrouvées plus tard par Kirchhoff (1864) et seront à la base de toute la doctrine des oscillations électriques. L'expédition de pose de câbles initie Thomson aux besoins de la mer et conduit à l'amélioration du lot et de la boussole. (1872-1876).

Le "Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa" (1896) donne une liste d'environ 250 articles (hors livres) appartenant à Thomson. Citons seulement quelques-uns des sujets de ses travaux : les études thermodynamiques, qui ont également conduit à l'établissement d'une échelle de température absolue ; travaux sur l'hydrodynamique et la théorie des vagues (récompensés en 1887 par un prix de la Royal Society of Edinburgh); travaux sur la thermoélectricité, qui ont conduit à la découverte de la soi-disant. "Phénomènes de Thomson" - transfert de chaleur par courant électrique ; des études sur la théorie de l'élasticité (1862-1863), dans lesquelles Thomson étend la théorie des fonctions sphériques ; travaille sur la géologie dynamique.

Non moins remarquable est le travail de Thomson en physique pratique et en technologie ; il possède l'invention ou l'amélioration de nombreux instruments qui sont devenus d'usage général dans la science et la technologie, tels que : un galvanomètre à miroir, un enregistreur à siphon, des électromètres quadrants et absolus, un élément normal d'une boussole, un lot et une variété de les instruments techniques de mesure électrique, parmi lesquels l'"ampère" est particulièrement remarquable. - les balances "utilisées pour le rapprochement des appareils électriques ; parmi les nombreux brevets déposés par Thomson, il y a ceux pour des dispositifs purement pratiques, comme, par exemple, pour les robinets d'eau.

Parmi les livres publiés par Thomson, le plus célèbre est "Traité de philosophie naturelle" (vol. 1, avec Tatot, 3e éd. Physique.

Les articles de Thomson sont réimprimés dans ses "Reprints of papers on electrostatic and magnetism" (1872), "Mathematical and physical papers" (1882-1883) et "Popular lectures and addresses".

L'Encyclopedia Britannica (1880) contient les deux célèbres articles de Thomson, "Elasticity" et "Heat".

Chez ce scientifique remarquable, un esprit rarement pénétrant, abordant sans crainte les questions théoriques les plus abstraites, se combine à une ingéniosité purement pratique, conduisant à la solution des questions pratiques les plus complexes. Thomson England doit une brillante fortune à écoles supérieures sa physique mathématique; son influence sur le développement de cette science peut être facilement retracée sur les activités des scientifiques d'autres nations.

Thomson Lord KELVIN, Guillaume

William Thomson est né à Belfast dans la famille d'un professeur de mathématiques. Lorsque William avait huit ans, la famille déménagea à Glasgow, qui devint plus tard le lieu de vie et de travail du célèbre physicien. Le garçon doué est devenu étudiant à l'Université de Glasgow à l'âge de dix ans. Après avoir obtenu son diplôme de l'Université de Glasgow, Thomson entre à l'Université de Cambridge, après quoi, sur les conseils de son père, il se rend à Paris pour un stage dans le laboratoire du célèbre physicien expérimental français A. Regno. Bientôt, le jeune étudiant publie son premier article sur la théorie de la conduction thermique. Thomson, âgé de vingt-deux ans, est devenu professeur à Glasgow et a occupé la chaire jusqu'en 1899, pendant cinquante-trois ans.

W. Thomson avait un grand talent pédagogique et combinait parfaitement formation théorique et pratique. Ses conférences sur la physique étaient accompagnées de démonstrations, dans lesquelles Thomson a largement attiré les étudiants, ce qui a stimulé l'intérêt du public.

À l'Université de Glasgow, W. Thomson a créé un laboratoire de physique dans lequel de nombreux recherche scientifique, et qui a joué un rôle important dans le développement science physique. Initialement, le laboratoire s'est blotti dans les anciennes salles de cours, une ancienne cave à vin abandonnée et une partie de l'ancienne maison professorale. En 1870, l'université a déménagé dans un nouveau bâtiment magnifique, qui a fourni des locaux spacieux pour le laboratoire. La chaire et la maison de Thomson ont été les premières en Grande-Bretagne à être éclairées à l'électricité. Entre l'université et les ateliers de White, dans lesquels étaient fabriqués des instruments physiques, il y avait le premier dans le pays ligne téléphonique. Les ateliers se sont transformés en une usine à plusieurs étages, qui est devenue essentiellement une branche du laboratoire.

Les intérêts scientifiques de Thomson comprenaient la thermodynamique, l'hydrodynamique, l'électromagnétisme, la théorie de l'élasticité, la chaleur, les mathématiques et la technologie. En tant qu'étudiant, Thomson a publié plusieurs articles sur l'application des séries de Fourier à diverses branches de la physique. Pendant son stage à Paris, il a développé une méthode pour résoudre les problèmes d'électrostatique, appelée la méthode des "images miroir" (1846). Ayant pris connaissance du théorème de Carnot, il exprime l'idée d'une échelle thermodynamique absolue (1848).

En 1851, W. Thomson formule (indépendamment de R. Clausius) la 2e loi de la thermodynamique. Dans son ouvrage "Sur la théorie dynamique de la chaleur", un nouveau point de vue sur la chaleur a été présenté, selon lequel "la chaleur n'est pas une substance, mais une forme dynamique d'un effet mécanique". Par conséquent, "il doit y avoir une certaine équivalence entre le travail mécanique et la chaleur". Thomson souligne que ce principe, "apparemment pour la première fois... a été ouvertement proclamé dans l'ouvrage de Y. Mayer" Remarques sur les forces nature inanimée". Plus loin, il mentionne les travaux de J. Joule, qui a étudié le rapport numérique, « reliant la chaleur et la force mécanique ».

Thomson affirme que toute la théorie force motrice la chaleur repose sur deux dispositions, dont la première remonte au Joule et est formulée de la manière suivante: "Dans tous les cas où des quantités égales de travail mécanique sont obtenues de quelque manière que ce soit exclusivement aux dépens de la chaleur, ou sont dépensées exclusivement pour obtenir des effets thermiques, des quantités égales de chaleur sont toujours perdues ou acquises."

Thomson formule la deuxième position comme suit : « Si une machine est disposée de telle manière que lorsqu'elle travaille dans le sens opposé, tous les processus mécaniques et physiques dans n'importe quelle partie de son mouvement se transforment en processus opposés, alors elle produit exactement autant de processus mécaniques. travail tel qu'il pourrait produire, compte tenu d'une quantité de chaleur donnée, n'importe quelle machine thermodynamique ayant à la même température des sources de chaleur et un réfrigérateur.

Thomson élève cette position à S. Carnot et R. Clausius et la justifie par l'axiome suivant : « Il est impossible d'obtenir de n'importe quelle masse de matière à l'aide d'un agent matériel inanimé travail mécanique en le refroidissant en dessous de la température du plus froid des objets environnants. A cette formulation, qui s'appelle la formulation de Thomson de la deuxième loi, Thomson fait la remarque suivante : « Si on ne reconnaissait pas cet axiome comme valable à toutes les températures, il faudrait admettre qu'il est possible de mettre en œuvre voiture automatique et d'obtenir, en refroidissant la mer ou la terre, un travail mécanique en quantité quelconque, jusqu'à l'épuisement de toute la chaleur de la terre et de la mer, ou, à la fin, de tout le monde matériel. La « machine automatique » décrite dans cette note est appelée perpetuum mobile du 2e type.

En plus des travaux sur la thermodynamique, Thomson a jeté les bases de la théorie des oscillations électromagnétiques et en 1853 a dérivé une formule pour la dépendance de la période d'oscillation naturelle d'un circuit sur sa capacité et son inductance (formule de Thomson). En 1856, il découvrit le troisième effet thermoélectrique - l'effet Thomson (les deux premiers sont l'apparition de thermo-EMF et la libération de chaleur Peltier), qui consistait en la libération de ce qu'on appelle. "Chaleur Thomson" lorsque le courant traverse un conducteur en présence d'un gradient de température. Grande importance dans la formation des idées atomistiques avait le calcul de Thomson de la taille des molécules basé sur les mesures de l'énergie de surface d'un film liquide. En 1870, il établit la dépendance de l'élasticité de la vapeur saturée à la forme de la surface du liquide.

Thomson a grandement contribué au développement Applications pratiques différentes branches de la science. Il a été le principal conseiller scientifique pour la pose des premiers câbles transatlantiques. Il a conçu un certain nombre d'instruments électrométriques précis : un galvanomètre « à câble », des électromètres quadrants et absolus, un siphon-marqueur pour la réception des signaux télégraphiques. Suggéré d'utiliser fils toronnésà partir de fil de cuivre.

Les travaux de pose du câble transatlantique ont suscité chez Thomson un intérêt pour la navigation. Le scientifique a créé une boussole marine améliorée avec compensation du magnétisme de la coque en fer du navire, a inventé l'échosondeur action continue, marégraphe (appareil permettant d'enregistrer le niveau d'eau dans la mer ou la rivière). Les études de Thomson sur la conductivité thermique, les travaux sur la théorie des marées, la propagation des ondes à la surface et la théorie du mouvement tourbillonnaire sont connus.

En 1892, W. Thomson a reçu le titre de baron Kelvin pour ses grands mérites scientifiques (du nom de la rivière Kelvin, qui coule près de l'université de Glasgow). Thomson a écrit une quantité énorme d'articles sur la physique expérimentale et théorique. Le cinquantième anniversaire de ses travaux scientifiques en 1896 a été célébré par les physiciens du monde entier. Thomson a été honoré par des représentants différents pays, dont le physicien russe N. A. Umov; en 1896, Thomson a été élu membre honoraire de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg. L'unité de température absolue, le kelvin, porte le nom de William Thomson.

Sources:

1. Kudryavtsev P.S. Cours d'histoire de la physique. M. : Lumières, 1982. - 448 p.
2. Grande encyclopédie soviétique. En 30 vol.

Chronologie des événements et découvertes en chimie :

"Si vous pouvez mesurer ce dont vous parlez et l'exprimer en chiffres, alors vous savez quelque chose sur ce sujet. Mais si vous ne pouvez pas le quantifier, vos connaissances sont extrêmement limitées et insatisfaisantes. Peut être ça Première étape, mais ce n'est pas le niveau de véritables connaissances scientifiques ..."

W. Thomson (Lord Kelvin)

Le scientifique dont le nom est l'échelle de température thermodynamique absolue, Lord Kelvin, était une personne polyvalente dont les intérêts scientifiques sont bien connus la thermodynamique (en particulier, il possède deux formulations du deuxième principe de la thermodynamique), l'hydrodynamique, la géologie dynamique, l'électromagnétisme, l'élasticité théorie, mécanique et mathématiques . Les recherches du scientifique sur la conductivité thermique, les travaux sur la théorie des marées, la propagation des ondes à la surface et la théorie du mouvement des vortex sont connus. Mais il n'était pas seulement un scientifique théoricien. "L'homme de science est séparé de l'ouvrier productif par tout un abîme, et la science, au lieu de servir entre les mains de l'ouvrier comme moyen d'augmenter sa propre puissance productive, s'oppose presque partout à lui." - dit le scientifique Sa contribution au développement d'applications pratiques de diverses branches de la science est difficile à surestimer Dans les années 1850, un scientifique qui s'intéressait à la télégraphie était le principal consultant scientifique lors de la pose des premiers câbles télégraphiques à travers l'océan Atlantique. instruments électrométriques précis: un galvanomètre à miroir «câble», des électromètres quadrants et absolus, un onduleur-marqueur pour la réception des signaux télégraphiques avec alimentation en encre par siphon, des échelles d'ampères utilisées pour calibrer les appareils électriques, et bien plus encore, et ont également proposé l'utilisation de fils toronnés fabriqués de fil de cuivre. actions, marégraphe (appareil permettant d'enregistrer le niveau d'eau en mer ou en rivière). Entre les nombreux brevets déposés par ce concepteur brillant, il y en a sur les appareils purement pratiques (comme, par exemple, sur les robinets d'eau). Une personne vraiment talentueuse est talentueuse en tout.

William Thomson (c'est le vrai nom de ce célèbre scientifique), est né il y a exactement 190 ans, le 26 juin 1824, à Belfast (Irlande du Nord) dans la famille d'un professeur de mathématiques au Royal Academic Institute de Belfast, l'auteur d'un certain nombre de manuels qui ont traversé des dizaines d'éditions, James Thomson, dont les ancêtres étaient des agriculteurs irlandais. En 1817, il épousa Margaret Gardner. Leur mariage était important (quatre garçons et deux filles). Le fils aîné, James, et William ont été élevés dans la maison du père, et les plus jeunes garçons ont été élevés par des sœurs aînées. Il n'est pas surprenant que Thomson Sr. se soit occupé de l'éducation décente de ses fils. Au début, il accorda plus d'attention à James, mais il devint vite évident que la mauvaise santé de son fils aîné ne lui permettrait pas de recevoir une bonne éducation, et son père se concentra sur l'éducation de William.br />
Lorsque William avait 7 ans, la famille a déménagé à Glasgow (Écosse), où son père a reçu la chaire de mathématiques et un poste de professeur. Glasgow devint plus tard le lieu de vie et de travail du célèbre physicien. Déjà à l'âge de huit ans, William a commencé à assister aux cours de son père et à l'âge de 10 ans, il est devenu étudiant à Glasgow, où il a étudié avec son frère aîné James. John Nichol, un astronome écossais bien connu et vulgarisateur de la science, qui a travaillé à l'université depuis 1839, a joué un grand rôle dans la formation des intérêts scientifiques du jeune homme. Il a suivi les réalisations avancées de la science et a essayé de les familiariser avec ses étudiants. À l'âge de seize ans, William a lu le livre de Fourier La théorie analytique de la chaleur, qui, en substance, a déterminé le programme de ses recherches pour le reste de sa vie.

Après avoir obtenu son diplôme universitaire, Thomson est allé étudier à St. Peter College, Cambridge, où il a publié plusieurs articles sur l'application des séries de Fourier à diverses branches de la physique et dans la remarquable étude "Le mouvement uniforme de la chaleur dans un solide homogène et son connexion avec la théorie mathématique de l'électricité » (« The Cambridge math. Journ. », 1842) a établi des analogies importantes entre les phénomènes de propagation de la chaleur et du courant électrique et a montré comment la solution des questions de l'un de ces domaines peut être appliquée à questions dans un autre domaine. Dans une autre étude, "The Linear Motion of Heat" (1842, ibid.), Thomson a développé des principes qu'il a ensuite appliqués avec succès à de nombreuses questions de géologie dynamique, telles que le refroidissement de la terre. Dans l'une de ses premières lettres à son père, Thomson écrit comment il organise son temps : se lever à 5 heures du matin et allumer le feu ; lire jusqu'à 8 heures 15 minutes; assister à la conférence quotidienne; lire jusqu'à 13 h; faire des exercices jusqu'à 16 h; visiter l'église avant 19h00 ; lire jusqu'à 8 heures 30 minutes; se coucher à 9 h. Cet horaire illustre un désir de toute une vie de minimiser le temps perdu. Je dois dire que William Thomson était un jeune homme complètement développé, il faisait du sport, était même membre de l'équipe d'aviron de Cambridge et, avec ses camarades, a vaincu les étudiants d'Oxford dans la célèbre course, qui se tient depuis 1829. Thomson connaissait également bien la musique et la littérature. Mais il préférait la science à tous ces passe-temps, et ici ses intérêts étaient également divers.

En 1845, après avoir obtenu son diplôme de Cambridge, après avoir reçu un diplôme de second rang et le prix Smith, William, sur les conseils de son père, se rend à Paris pour se former dans le laboratoire du célèbre physicien expérimental français Henri-Victor Regnault (1810 -1878). Parallèlement, dans la revue Joseph Liouville, Thomson publie plusieurs articles sur l'électrostatique, dans lesquels il expose sa méthode des images électriques, appelée plus tard la « méthode de l'image miroir », qui permet de résoudre simplement bon nombre des problèmes les plus complexes. problèmes difficiles d'électrostatique.

Alors que Thomson étudiait à Cambridge, des événements se déroulaient à Glasgow qui déterminaient sa future carrière. Lorsque Thomson terminait sa première année à Cambridge en 1841, William Meiklehem, professeur de philosophie naturelle à l'Université de Glasgow, tomba gravement malade. Il était clair qu'il ne pourrait pas retourner au travail. Alors que 1842 passait, sans candidat évident pour un siège vacant à Glasgow, Thomson Sr. réalisa que son fils William, qui venait d'avoir 18 ans, pourrait bien concourir pour le siège. Le 11 septembre 1846, Thomson, 22 ans, est élu au scrutin secret au poste de professeur de philosophie naturelle à l'Université de Glasgow. Il conserve son poste jusqu'en 1899, même pas tenté par le poste de chef de la chaire Cavendish à Cambridge, qui lui est proposé à trois reprises dans les années 1870 et 1880. Thomson a donné sa première conférence en tant que professeur à l'Université de Glasgow le 4 novembre 1846. Il y a donné un aperçu introductif de toutes les branches de la physique pour les étudiants inscrits à un cours de philosophie naturelle. Dans une lettre à Stokes, Thomson a admis que la première conférence était un échec. Il l'a écrit en entier à l'avance et s'inquiétait tout le temps de lire trop vite. Mais cela ne m'a pas empêché d'utiliser la même notation dans L'année prochaine et par la suite chaque année pendant cinquante ans, avec diverses insertions, modifications et améliorations. Les étudiants adoraient leur célèbre professeur, bien que sa capacité à penser instantanément, à voir les connexions et les analogies en ait déconcerté beaucoup, en particulier lorsque Thomson a inséré de manière impromptue un tel raisonnement dans les cours.

En 1847, lors d'une réunion de la British Association of Naturalists à Oxford, Thomson rencontra James Joule. Durant les quatre années précédentes, Joule avait déclaré lors de ces assemblées annuelles que la chaleur n'était pas, comme on le croyait alors, une substance (calorique) se propageant d'un corps à l'autre. Joule a exprimé la conviction que la chaleur est en fait le résultat des vibrations des atomes constitutifs de la matière. Après avoir étudié comment un gaz se comprime lorsqu'il est refroidi, Joule a suggéré qu'aucune substance ne pouvait être refroidie en dessous de 284 ° C (plus tard, comme nous le savons, ce chiffre a été affiné par Thomson). De plus, Joule a démontré l'équivalence du travail et de la chaleur en menant des expériences pour déterminer la quantité équivalente de travail mécanique nécessaire pour chauffer une livre d'eau de 1 °F. Il a même affirmé que la température de l'eau à la base des chutes était plus élevée qu'au sommet. Les discours de Joule lors des réunions de l'Association britannique ont été accueillis avec ennui et méfiance. Mais tout a changé lors d'une réunion à Oxford en 1847, car Thomson était assis dans la salle. Il était ravi de ce que Joël avait à dire, a commencé à poser de nombreuses questions et a provoqué un débat houleux. Certes, Thomson a suggéré que Joule pourrait avoir tort. Dans une lettre à son frère après la rencontre, Thomson écrit : « J'envoie les œuvres de Joule, qui vont vous étonner. J'ai eu peu de temps pour les détailler. Il me semble qu'il y a encore beaucoup de défauts en elles maintenant. ." Mais Joel ne s'est pas trompé et Thomson, après de longues délibérations, était d'accord avec lui. De plus, il a su relier les idées de Joule aux travaux de Sadi Carnot sur les moteurs thermiques. Ce faisant, il a pu trouver plus manière générale détermination de la température du zéro absolu, indépendamment d'une substance particulière. C'est pourquoi l'unité de base fondamentale de la température a été appelée plus tard le kelvin. De plus, Thomson s'est rendu compte que la loi de conservation de l'énergie est le grand principe unificateur de la science et a introduit les concepts d'énergie "statique" et "dynamique", que nous appelons maintenant respectivement énergies cinétique et potentielle.

En 1848, Thomson introduisit " échelle thermométrique absolue". Il a expliqué son nom comme suit: " Cette échelle se caractérise par une totale indépendance vis-à-vis propriétés physiques toute substance particulière"Il le note." le froid infini doit correspondre à un nombre fini de degrés sous zéro sur un thermomètre à air", à savoir : point, " correspondant au volume d'air ramené à zéro, qui sera marqué sur l'échelle par -273°C".

Depuis 1849, les travaux de Thomson sur la thermodynamique ont commencé, imprimés dans les publications de la Royal Society à Édimbourg. Dans le premier de ces ouvrages, Thomson, s'appuyant sur les recherches de Joule, indique comment modifier le principe de Carnot, énoncé dans les Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance (1824), afin de principe était conforme aux données modernes ; cet ouvrage célèbre contient l'une des premières formulations de la seconde loi de la thermodynamique.

À partir de 1851, Thomson publie un cycle articles scientifiques en dessous de Nom commun"Sur la théorie dynamique de la chaleur", dans lequel il considère (indépendamment de R. Clausius) les première et deuxième lois de la thermodynamique. Dans le même temps, il revient à nouveau sur le problème de la température absolue, notant que " les températures de deux corps sont proportionnelles à la quantité de chaleur prélevée et cédée respectivement par le système matériel en deux endroits ayant ces températures, lorsque le système complète un cycle complet de processus réversibles idéaux et est protégé contre la perte ou l'ajout de chaleur à tout moment autre température". Dans son ouvrage "Sur la théorie dynamique de la chaleur", un nouveau point de vue sur la chaleur a été énoncé, selon lequel " la chaleur n'est pas une substance, mais une forme dynamique d'un effet mécanique. Donc « il doit y avoir une certaine équivalence entre le travail mécanique et la chaleur". Thomson souligne que ce principe, " apparemment, pour la première fois ... a été ouvertement proclamé dans l'ouvrage de Y. Mayer «Remarques sur les forces de la nature inanimée". Plus loin, il mentionne les travaux de J. Joule, qui a étudié le rapport numérique, « liant chaleur et force mécanique". Thomson affirme que toute la théorie de la force motrice de la chaleur repose sur deux propositions, dont la première remonte à Joule et se formule comme suit : Dans tous les cas où des quantités égales de travail mécanique sont obtenues de quelque manière que ce soit exclusivement à partir de la chaleur, ou sont dépensées uniquement pour obtenir des effets thermiques, des quantités égales de chaleur sont toujours perdues ou gagnées.". Thomson formule la seconde proposition comme suit : "Si une machine est disposée de telle manière que lorsqu'elle fonctionne dans le sens opposé, tous les processus mécaniques et physiques dans n'importe quelle partie de son mouvement se transforment en processus opposés, alors elle produit exactement autant de travail mécanique que n'importe quel système thermodynamique pourrait produire en raison. à une quantité de chaleur donnée machine avec la même température sources de chaleur et réfrigérateur". Thomson soulève cette position auprès de S. Carnot et R. Clausius et la justifie par l'axiome suivant : « Il est impossible, à l'aide d'un agent matériel inanimé, d'obtenir un travail mécanique d'une masse quelconque de matière en la refroidissant au-dessous de la température du plus froid des objets environnants.". A cette formulation, qui est appelée la formulation de Thomson de la seconde loi, Thomson fait la remarque suivante : Si l'on ne reconnaissait pas cet axiome comme valable à toutes les températures, il faudrait admettre qu'il est possible de mettre en marche une machine automatique et d'obtenir, en refroidissant la mer ou la terre, un travail mécanique en quantité quelconque, jusqu'à l'épuisement de toute la chaleur de la terre et de la mer, ou, à la fin, de tout monde matériel ". La « machine automatique » décrite dans cette note est appelée perpetuum mobile du 2e type. Basé loi ouverte thermodynamique et en l'appliquant à l'Univers dans son ensemble, est arrivé (1852) à la conclusion erronée sur l'inévitabilité de la "mort thermique de l'Univers" (l'hypothèse de la mort thermique de l'Univers). L'illégitimité de cette approche et l'erreur de l'hypothèse ont été prouvées par L. Boltzmann.

La même année, à l'âge de 27 ans, Thomson est devenu membre de la Royal Society of London - l'Académie anglaise des sciences. En 1852, Thomson, en collaboration avec le physicien anglais James Joule, a mené une étude bien connue sur le refroidissement des gaz pendant l'expansion sans faire de travail, qui a servi d'étape de transition de la théorie des gaz idéaux à la théorie des gaz réels. Ils ont constaté que lorsqu'un gaz passe de manière adiabatique (sans apport d'énergie extérieure) à travers une cloison poreuse, sa température diminue. Ce phénomène est appelé « effet Joule-Thomson ». À peu près à la même époque, Thomson a développé la théorie thermodynamique des phénomènes thermoélectriques.

En 1852, le scientifique épousa Margaret Crum, dont il était amoureux depuis l'enfance. Il était heureux, mais le bonheur, malheureusement, n'a pas duré longtemps. Déjà pendant la lune de miel, la santé de Margaret s'est fortement détériorée. Les 17 années suivantes de la vie de Thomson ont été éclipsées anxiété constante pour la santé du conjoint, et presque tous temps libre le scientifique consacré à prendre soin d'elle.

En plus de ses travaux sur la thermodynamique, Thomson a étudié les phénomènes électromagnétiques. Ainsi, en 1853, il publie un article "Sur les courants électriques transitoires", jetant les bases de la théorie des oscillations électromagnétiques. Considérant le changement dans le temps de la charge électrique d'un corps sphérique lorsqu'il est connecté par un conducteur mince (fil) à la Terre, Thomson a constaté que dans ce cas, des oscillations amorties se produisent avec certaines caractéristiques en fonction de la capacité électrique du corps, le résistance du conducteur et la capacité électrodynamique. Par la suite, la formule reflétant la dépendance de la période d'oscillations libres dans un circuit sans résistance sur les valeurs indiquées a été appelée la "formule de Thomson" (bien qu'il n'ait pas lui-même dérivé cette formule).

Enfin, en 1855, le scientifique a combiné les deux domaines de ses intérêts scientifiques et a commencé à étudier les processus thermoélectriques. Il a développé la théorie thermodynamique des phénomènes thermoélectriques. De nombreux phénomènes de ce type étaient déjà connus, certains ont été découverts par Thomson lui-même. En 1856, il découvrit le troisième effet thermoélectrique - l'effet Thomson (les deux premiers sont l'apparition de thermo-EMF et la libération de chaleur Peltier), qui consistait en la libération de ce qu'on appelle. "Chaleur Thomson" lorsque le courant traverse un conducteur en présence d'un gradient de température. La chose la plus surprenante est que Thomson n'a pas réalisé expérimentalement cette découverte, mais l'a prédite sur la base de sa théorie. Et cela à une époque où les scientifiques n'avaient même pas encore d'idées plus ou moins justes sur la nature du courant électrique ! Le calcul de Thomson de la taille des molécules basé sur les mesures de l'énergie de surface d'un film liquide était d'une grande importance dans la formation des idées atomistiques. En 1870, il établit la dépendance de l'élasticité de la vapeur saturée à la forme de la surface du liquide.

Thomson était étroitement associé à un autre physicien d'origine irlandaise, George Gabriel Stokes. Ils se sont rencontrés à Cambridge et sont restés des amis proches pour le reste de leur vie, échangeant plus de 650 lettres. Une grande partie de leur correspondance concerne la recherche en mathématiques et en physique. Leurs esprits se complétaient et, dans certains cas, les pensées étaient si unies que personne ne pouvait dire (ni se soucier de) qui avait eu une idée en premier. L'exemple le plus célèbre est peut-être le théorème de Stokes de l'analyse vectorielle, qui permet de transformer des intégrales sur un contour fermé en intégrales sur une surface couverte par ce contour, et vice versa. Ce théorème a en fait été énoncé dans une lettre de Thomson à Stokes, il aurait donc dû s'appeler "théorème de Thomson".

Dans les années cinquante, Thomson s'intéresse également à la question de la télégraphie transatlantique ; poussé par les échecs des premiers pionniers pratiques, Thomson étudie théoriquement la question de la propagation des impulsions électriques le long des câbles et arrive à des conclusions de la plus haute importance pratique, qui ont permis de réaliser la télégraphie à travers l'océan. Chemin faisant, Thomson en déduit les conditions d'existence d'une décharge électrique oscillatoire (1853), qui seront retrouvées plus tard par Kirchhoff (1864) et seront à la base de toute la théorie des oscillations électriques. L'expédition de pose de câbles initie Thomson aux besoins de la mer et conduit à l'amélioration du lot et du compas (1872-1876). Il a créé et breveté une nouvelle boussole plus stable que celles qui existaient à l'époque et a éliminé la déviation associée aux coques en acier des navires. Au début, l'Amirauté était sceptique quant à l'invention. Selon la conclusion d'une des commissions, « la boussole est trop délicate et probablement très fragile ». En réponse, Thomson a jeté la boussole dans la pièce où la commission s'est réunie et la boussole n'a pas été endommagée. Les autorités navales sont finalement convaincues de la solidité de la nouvelle boussole et, en 1888, elle est adoptée par l'ensemble de la flotte. Thomson a également inventé un prédicteur de marée mécanique et créé un nouvel échosondeur capable de déterminer rapidement la profondeur sous un navire et, plus important encore, de le faire pendant que le navire se déplaçait.

Non moins célèbres étaient les vues de William Thomson sur l'histoire thermique de la Terre. Son intérêt pour ce sujet a été éveillé en 1844, alors qu'il était encore étudiant à Cambridge. Plus tard, il y est revenu à plusieurs reprises, ce qui l'a finalement mis en conflit avec d'autres scientifiques célèbres, dont John Tyndall, Thomas Huxley et Charles Darwin. Cela peut être vu dans la description de Darwin de Thomson comme un "vil fantôme" et dans le zèle de prédication de Huxley pour promouvoir la théorie de l'évolution comme alternative aux croyances religieuses. Thomson était chrétien, mais il ne se souciait pas de défendre l'interprétation littérale des détails de la Création, par exemple, il était heureux de parler du fait qu'une météorite avait apporté la vie sur Terre. Cependant, Thomson a toujours défendu et promu la bonne science tout au long de sa vie. Il croyait que la géologie et la biologie évolutive étaient sous-développées par rapport à la physique basée sur des mathématiques rigoureuses. En fait, de nombreux physiciens de cette époque ne considéraient pas du tout la géologie et la biologie comme des sciences. Pour estimer l'âge de la Terre, William Thomson a utilisé les méthodes de son Fourier préféré. Il a calculé combien de temps il a fallu pour que le globe en fusion refroidisse à sa température actuelle. En 1862, William Thomson a estimé l'âge de la Terre à 100 millions d'années, mais en 1899, il a révisé les calculs et réduit le chiffre à 20-40 millions d'années. Les biologistes et les géologues avaient besoin de cent fois le chiffre. L'écart entre les théories n'a été résolu qu'au début du XXe siècle, lorsque Ernest Rutherford s'est rendu compte que la radioactivité des roches fournit un mécanisme interne pour chauffer la Terre, ralentissant le refroidissement. Ce processus conduit à une augmentation de l'âge de la Terre par rapport à ce que Thomson avait prédit. Les estimations modernes donnent une valeur d'au moins 4600 millions d'années. La découverte en 1903 de la loi reliant le dégagement d'énergie thermique à la désintégration radioactive ne l'a pas incité à modifier ses propres estimations de l'âge du Soleil. Mais puisque la radioactivité a été découverte lorsque Thomson a franchi la barre des 70 ans, on peut lui excuser de ne pas tenir compte de son rôle dans les recherches, qu'il a commencées à l'âge de 20 ans.

W. Thomson possédait également un grand talent pédagogique et combinait parfaitement formation théorique et formation pratique. Ses conférences sur la physique étaient accompagnées de démonstrations, dans lesquelles Thomson a largement attiré les étudiants, ce qui a stimulé l'intérêt du public. À l'Université de Glasgow, W. Thomson a créé le premier laboratoire de physique en Grande-Bretagne, dans lequel de nombreuses recherches scientifiques originales ont été menées et qui a joué un grand rôle dans le développement des sciences physiques. Initialement, le laboratoire s'est blotti dans les anciennes salles de cours, une ancienne cave à vin abandonnée et une partie de l'ancienne maison professorale. En 1870, l'université a déménagé dans un nouveau bâtiment magnifique, qui a fourni des locaux spacieux pour le laboratoire. La chaire et la maison de Thomson ont été les premières en Grande-Bretagne à être éclairées à l'électricité. La première ligne téléphonique du pays fonctionnait entre l'université et les ateliers de White, qui fabriquaient des instruments physiques. Les ateliers se sont transformés en une usine à plusieurs étages, qui est devenue essentiellement une branche du laboratoire.

On raconte qu'une fois Lord Kelvin a dû annuler sa conférence et a écrit au tableau "Le professeur Thomson ne rencontrera pas ses cours aujourd'hui" ("Le professeur Thomson ne pourra pas rencontrer ses étudiants aujourd'hui"). Les étudiants ont décidé de jouer un tour au professeur et ont effacé la lettre "c" dans le mot "classes". Le lendemain, lorsqu'il a vu l'inscription, Thomson n'était pas embarrassé, effaçant une autre lettre du même mot, et s'en alla en silence. (Jeux de mots : classes - classes, élèves ; filles - maîtresses, ânes - ânes.)

Le 17 juin 1870, Margaret est décédée. Après cela, le scientifique a décidé de changer de vie, de consacrer plus de temps au repos, il a même acheté une goélette sur laquelle il s'est promené avec des amis et des collègues. À l'été 1873, Thomson dirigea une autre expédition de pose de câbles. En raison d'un câble endommagé, l'équipage a été contraint de faire une escale de 16 jours à Madère, où le scientifique s'est lié d'amitié avec la famille de Charles Blandy, en particulier Fanny, l'une de ses filles, qu'il a épousée l'été suivant.

En plus des activités scientifiques, d'enseignement et d'ingénierie, William Thomson a exercé de nombreuses fonctions honorifiques. Trois fois (1873-1878, 1886-1890, 1895-1907) il est élu président de la Royal Society of Edinburgh, de 1890 à 1895 il dirige la Royal Society of London. En 1884, il se rend aux États-Unis, où il donne une série de conférences. Les mérites extraordinaires de Thomson dans les sciences pures et appliquées étaient pleinement appréciés par ses contemporains. En 1866, William reçut un titre de noblesse, et en 1892, la reine Victoria, pour ses mérites scientifiques, lui accorda une pairie avec le titre de "Baron Kelvin" (d'après le nom de la rivière Kelvin coulant à Glasgow). Malheureusement, William est devenu non seulement le premier, mais aussi le dernier baron Kelvin - son deuxième mariage, comme le premier, s'est avéré sans enfant. Le cinquantième anniversaire de ses travaux scientifiques en 1896 a été célébré par les physiciens du monde entier. Des représentants de divers pays ont pris part à la célébration de Thomson, dont le physicien russe N. A. Umov ; en 1896, Thomson a été élu membre honoraire de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg. En 1899, Kelvin quitte la chaire de Glasgow, bien qu'il n'arrête pas de faire de la science.

Dans le très fin XIX Le 27 avril 1900, Lord Kelvin a donné la désormais célèbre conférence à la Royal Institution sur la crise de la théorie dynamique de la lumière et de la chaleur, intitulée "Les nuages ​​du XIXe siècle sur la théorie dynamique de la chaleur et de la lumière". Dans ce document, il a déclaré: "La beauté et la clarté de la théorie dynamique, selon laquelle la chaleur et la lumière sont des formes de mouvement, sont actuellement obscurcies par deux nuages. Le premier d'entre eux ... est la question: comment la Terre peut-elle se déplacer à travers un milieu élastique, qui est essentiellement un éther luminifère ? Le second est la doctrine Maxwell-Boltzmann de la distribution de l'énergie. Lord Kelvin a conclu la discussion de la première question par ces mots: "Je crains que pour le moment le premier nuage ne doive être considéré comme très sombre." La majeure partie de la conférence a été consacrée aux difficultés associées à l'hypothèse d'une distribution uniforme de l'énergie sur les degrés de liberté. Cette question a été largement débattue au cours de ces années en relation avec des contradictions insurmontables dans la question de la répartition spectrale du rayonnement d'un corps complètement noir. Résumant la recherche infructueuse d'un moyen de surmonter les contradictions, Lord Kelvin conclut de manière plutôt pessimiste que manière la plus simple est simplement d'ignorer l'existence du nuage. La perspicacité du vénérable physicien était étonnante : il a définitivement cherché à tâtons deux points douloureux sciences contemporaines. Quelques mois plus tard, en derniers jours XIX siècle, M. Planck a publié sa solution au problème du rayonnement d'un corps complètement noir, introduisant le concept de la nature quantique du rayonnement et de l'absorption de la lumière, et cinq ans plus tard, en 1905, A. Einstein a publié l'ouvrage " Sur l'électrodynamique des corps en mouvement", dans lequel a formulé la théorie privée de la relativité et donné une réponse négative à la question de l'existence de l'éther. Ainsi, derrière les deux nuages ​​du ciel de la physique, se cachaient la théorie de la relativité et la mécanique quantique, fondements fondamentaux de la physique actuelle.

Les dernières années de la vie de Lord Kelvin furent l'époque où de nombreuses choses fondamentalement nouvelles apparurent en physique. L'ère de la physique classique, dont il était l'une des figures les plus brillantes, touchait à sa fin. L'ère quantique et relativiste n'était déjà pas loin et il s'y dirigeait : il s'intéressait vivement aux rayons X et à la radioactivité, il effectuait des calculs pour déterminer la taille des molécules, émettait une hypothèse sur la structure des atomes et soutenu activement les recherches de J. J. Thomson dans ce sens. Cependant, cela ne s'est pas fait sans incidents. En 1896, il était sceptique quant à la découverte par Wilhelm Conrad Roentgen de rayons spéciaux, permettant de voir structure interne corps humain, qualifiant cette nouvelle d'exagérée, semblable à un canular bien planifié et nécessitant une vérification minutieuse. Et un an avant, il avait dit : "Les avions plus lourds que l'air sont impossibles." En 1897, Kelvin note que la radio n'a pas d'avenir.

Lord William Kelvin est décédé le 17 décembre 1907 à l'âge de 83 ans à Largs (Ecosse), près de Glasgow. Les mérites scientifiques de ce roi de la physique de l'ère victorienne sont indéniablement grands, et ses cendres reposent à juste titre dans l'abbaye de Westminster à côté des cendres d'Isaac Newton. Il a laissé derrière lui 25 livres, 660 articles scientifiques et 70 inventions. Dans "Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa" (1896) fournit une liste d'environ 250 articles (hors livres) appartenant à Thomson.