Zero absolut Lord Kelvin. Zero absolut biografia Lord Kelvin William Thomson

Thomson William Lord Kelvin- s-a născut un renumit fizician și mecanic britanic, renumit pentru munca sa teoretică și practică în domeniile termodinamicii, electrodinamicii și mecanicii 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 calea viitoare de viață.

Împreună cu fratele său James Thomson, William primește un bun educatie primara 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. A 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 studii practice despre termoelectricitate. Apropo, parțial datorită omului de știință, studenții din întreaga Anglia au început să fie implicați în activități științifice practice.

Cam în aceeași perioadă, Thomson a dirijat cercetare teoretică distributie semnale electrice prin sârmă. 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 vibratii 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 cu propriile sale mâini întreaga linie instrumente electrice de măsură de precizie: galvanometru cu cablu, electrometru și sifon-marker (dispozitiv de recepție a 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 1907în Scoția. 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).

(26.06.1824 - 17.12.1907)

Unul dintre cei mai mari fizicieni. Strămoșii lui Thomson erau fermieri irlandezi; tatăl său James Thomson (1776-1849), 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, împreună cu fratele său mai mare, James, au studiat la facultate din Glasgow, apoi la St. Peter Kolleǵe din Cambridge, unde Thomson și-a încheiat 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. Realizările extraordinare ale lui Thomson în știința pură și aplicată au fost pe deplin apreciate de contemporanii săi.

În 1866, Thomson a fost ridicat la demnitatea nobilimii, iar în 1892, regina Victoria i-a acordat o noblețe cu titlul de „Baron Kelvin”.

În timp ce era încă student, Thomson a publicat o serie de lucrări despre aplicarea seriei Fourier la probleme de fizică și într-un studiu remarcabil „Mișcarea uniformă a căldurii în solid omogen și conexiunea sa cu teoria matematică a electricității” („The Cambridge math. Journ.”, 1842) a trasat analogii importante între fenomenele de propagare a căldurii și curentului electric și a arătat cum rezolvarea problemelor dintr-unul din aceste domenii poate fi aplicată la întrebările din alt domeniu. 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 revista Liouville, în care și-a subliniat metoda de imagini electrice, ceea ce a făcut posibilă rezolvarea simplă a multor dintre cele mai dificile probleme ale electrostaticei.

În 1849, a început munca lui Thomson asupra termodinamicii, publicată în publicațiile Royal Society din Edinburgh. În prima dintre aceste lucrări, Thomson, bazându-se pe cercetările lui Joule, indică modul în care principiul lui Carnot, expus în eseul acestuia din urmă „Réflexions sur la puissance motelle du feu” (1824), ar trebui schimbat astfel încât principiul să fie în concordanță cu datele moderne. ; această lucrare celebră conține prima formulare a celui de-al doilea principiu al termodinamicii.

În 1852, Thomson a dat o altă formulare a acesteia, și anume doctrina disipării energiei.

În același an, Thomson, împreună cu Joule, a realizat un studiu binecunoscut privind răcirea gazelor în timpul expansiunii fără a efectua lucrări, care a servit ca pas de tranziție de la teoria gazelor ideale la teoria gazelor reale.

Lucrările la termoelectricitate („Calitățile electrodinamice ale metalelor”), începute în 1855, au determinat o activitate experimentală sporită; elevii au luat parte la lucru, iar aceasta a marcat începutul munca practica studenți de la Universitatea din Glasgow - primul din Anglia, precum și începerea unui laborator de fizică la Glasgow.

În anii cincizeci, 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 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 îl prezintă pe Thomson în nevoile afacerilor maritime și duce la îmbunătățiri ale lotului și ale busolei. (1872-1876).

„Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa” (1896) conține o listă de aproximativ 250 de articole (excluzând cărțile) aparținând lui Thomson. Să amintim doar câteva dintre subiectele lucrării sale: cercetarea termodinamică, care a dus și la stabilirea unei scări absolute de temperatură; lucrări despre hidrodinamică și teoria valurilor (premiate în 1887 cu un premiu de la Royal Society of Edinburgh); lucru pe termoelectricitate, care a dus la descoperirea așa-numitului. „fenomenul Thomson” - transfer de căldură prin curent electric; studii privind teoria elasticității (1862-1863), în care Thomson extinde teoria funcțiilor sferice; lucrează pe geologie dinamică.

Nu mai puțin remarcabilă este munca lui Thomson în fizica practică și tehnologie; el este responsabil pentru inventarea sau perfecționarea multor instrumente care au intrat în uz general în știință și tehnologie, cum ar fi: un galvanometru cu oglindă, un reportofon cu sifon, electrometre cadrante și absolute, un element normal de busolă, o mulțime și multe tehnici de măsurare electrică. instrumente, printre care „amperii” sunt deosebit de remarcabile -scale" utilizate pentru calibrarea aparatelor electrice; Printre numeroasele brevete luate de Thomson, se numără și cele pentru dispozitive pur practice, precum robinetele de apă.

Dintre cărțile publicate de Thomson, cea mai cunoscută este „Tratat de filozofie naturală” (vol. 1, împreună cu Tatot, ed. a III-a în 1883, traducere germană, editată de Helmholtz), care conține o prezentare strălucitoare a fundamentelor mecanice ale fizica teoretica.

Articolele lui Thomson au fost retipărite în „Reprints of papers on electrostatic and magnetism” (1872), „Mathematical and physical papers” (1882-1883) și „Popular lectures and addresses”.

Enciclopedia Britannica (1880) conține două dintre articolele celebre ale lui Thomson - „Elasticitate” și „Căldură”.

Acest remarcabil om de știință combină o minte rar pătrunzătoare, asumând fără teamă cele mai abstracte întrebări ale teoriei, cu o perspicacitate pur practică, ducând la rezolvarea celor mai complicate întrebări ale practicii. Anglia își datorează starea strălucitoare lui Thomson scoli superioare fizica sa matematică; influența sa asupra dezvoltării acestei științe este ușor de urmărit asupra activităților oamenilor de știință din alte națiuni.

THOMSON Lord KELVIN, William

William Thomson s-a născut la Belfast în familia unui profesor de matematică. Când William avea opt ani, familia s-a mutat la Glasgow, care mai târziu a devenit locul vieții și muncii faimosului fizician. Băiatul talentat a devenit student la Universitatea din Glasgow la vârsta de zece ani. După ce a absolvit Universitatea din Glasgow, Thomson a intrat la Universitatea din Cambridge, după care, la sfatul tatălui său, a plecat la Paris pentru un stagiu în laboratorul celebrului fizician experimental francez A. Regnault. Curând, tânărul student a publicat prima sa lucrare despre teoria conductibilității termice. La douăzeci și doi de ani, Thomson a devenit profesor la Glasgow și a deținut catedra până în 1899, timp de cincizeci și trei de ani.

W. Thomson avea 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 un laborator de fizică în care multe originale cercetare științifică, și care a jucat un rol important în dezvoltare știință fizică. 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. Între universitate și atelierele lui White, în care se fabricau instrumente fizice, a funcționat primul din țară. linie telefonica. Atelierele au crescut într-o fabrică cu mai multe etaje, care a devenit în esență o ramură a laboratorului.

Interesele științifice ale lui Thomson au inclus termodinamica, hidrodinamica, electromagnetismul, teoria elasticității, căldura, matematica și tehnologia. Ca student, Thomson a publicat mai multe lucrări despre aplicarea seriei Fourier la diferite ramuri ale fizicii. În timp ce se antrena la Paris, a dezvoltat o metodă de rezolvare a problemelor electrostatice, numită metoda „imagine în oglindă” (1846). Făcând cunoștință cu teorema lui Carnot, el a exprimat ideea unei scale termodinamice absolute (1848).

În 1851, W. Thomson a formulat (independent de R. Clausius) legea a 2-a a termodinamicii. Lucrarea sa „Despre teoria dinamică a căldurii” a subliniat un nou punct de vedere asupra căldurii, conform căruia „căldura nu este o substanță, ci o formă dinamică a unui 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 în mod deschis în lucrarea lui Yu. Mayer „Observații asupra forțelor natura neînsuflețită" El menționează în continuare lucrările lui J. Joule, care a studiat relația numerică „conectând căldura și forța mecanică”.

Thomson susține că întreaga teorie forta motrice căldura se bazează pe două prevederi, dintre care prima se întoarce la Joule și este formulată în felul următor„În toate cazurile în care cantități egale de lucru mecanic sunt obținute în orice mod numai în detrimentul căldurii sau sunt cheltuite exclusiv pentru a obține efecte termice, cantități egale de căldură sunt întotdeauna pierdute sau câștigate.”

Thomson formulează a doua poziție astfel: „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 la fel de mult. lucru mecanic așa cum ar putea produce în calculul unei cantități date de căldură de către orice mașină termodinamică 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 de obținut din orice masă de materie cu ajutorul unui agent material neînsuflețit. munca mecanica 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 se pună în aplicare. masina automatași să obțină, prin răcirea mării sau pământului, muncă mecanică în orice cantitate, până la epuizarea întregii călduri a pământului și a mării, sau în cele din urmă a întregii lumi materiale.” „Mașina automată” descrisă în această notă a început să fie numită perpetuum mobile de al 2-lea fel.

Pe lângă lucrările sale despre termodinamică, Thomson a pus bazele teoriei oscilațiilor electromagnetice și în 1853 a derivat o formulă pentru dependența perioadei de oscilații naturale a unui circuit de capacitatea și inductanța acestuia (formula lui 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. Mare importanță 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 avut o contribuție majoră la dezvoltare aplicații practice diferite ramuri ale științei. A fost consultantul științific principal pentru pozarea primelor cabluri transatlantice. A proiectat o întreagă gamă de instrumente electrometrice de precizie: un galvanometru cu „cablu”, electrometre cadrante și absolute, un sifon-marker pentru recepția semnalelor telegrafice. Se recomandă utilizarea fire toronate din fir de cupru.

Lucrările de așezare a cablului transatlantic au trezit interesul lui Thomson pentru navigație. Omul de știință a creat o busolă marină îmbunătățită, cu compensare pentru magnetismul carenei de fier a navei, a inventat un ecosonor acțiune continuă, mareometru (un dispozitiv pentru înregistrarea nivelului apei în mare sau râu). Sunt cunoscute cercetările lui Thomson asupra conductivității termice, lucrările despre teoria mareelor, propagarea undelor pe suprafață și teoria mișcării vortexului.

În 1892, W. Thomson a primit titlul de baron Kelvin (numit după râul Kelvin, care curge lângă Universitatea din Glasgow) pentru marile sale realizări științifice. Thomson a scris un număr mare de lucrări despre fizica experimentală și teoretică. Cea de-a cincizecea aniversare a activității sale științifice a fost sărbătorită în 1896 de către fizicienii din întreaga lume. Reprezentanți au luat parte la onorarea lui Thomson tari diferite, inclusiv fizicianul rus N.A. Umov; în 1896 Thomson a fost ales membru de onoare al Academiei de Științe din Sankt Petersburg. Unitatea de măsură a temperaturii absolute, kelvin, poartă numele lui William Thomson.

Surse:

1. Kudryavtsev P.S. Curs de istoria fizicii. M.: Educaţie, 1982. – 448 p.
2. Marea Enciclopedie Sovietică. În 30 de voi.

Cronologia evenimentelor și descoperirilor în chimie:

"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. Poate asta Primul stagiu, 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 dezvoltarea aplicațiilor practice ale diferitelor ramuri ale științei poate fi cu greu supraestimată În anii 1850, un om de știință interesat de telegrafie a fost consultantul științific principal în timpul instalării primelor cabluri telegrafice peste Oceanul Atlantic.El a proiectat o serie de precizie instrumente electrometrice: un galvanometru cu oglindă „cablu”, electrometre de cadran și absolut, un ondulator-marker pentru recepționarea semnalelor telegrafice, semnale cu alimentare cu cerneală sifon, cântare de amperi utilizate pentru calibrarea dispozitivelor electrice și multe altele și, de asemenea, a propus utilizarea de fire tordante realizat din sârmă 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, mareemetru (un dispozitiv pentru înregistrarea nivelului apei într-o mare sau un râu). Între multele brevete luate de aceasta un designer genial, se regasesc si pe dispozitive pur practice (cum ar fi robinetele de apa). 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 si este legătura cu teoria matematică a electricității” („The Cambridge math. Journ.”, 1842) a făcut analogii importante între fenomenele de propagare a căldurii și a curentului electric și a arătat cum poate fi aplicată soluția problemelor dintr-unul din aceste domenii. întrebări într-un alt domeniu. 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 pur și simplu 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. 1842 a trecut fără niciun candidat evident pentru locul vacant din Glasgow, iar apoi Thomson senior și-a dat seama că fiul său William, care tocmai împlinise 18 ani, ar putea concura 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 ținut 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 ne-a împiedicat să folosim aceeași intrare în anul urmatorși apoi în fiecare an timp de cincizeci de ani, cu diverse 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 un astfel de raționament improvizat 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 jumătate de kilogram 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. Mi se pare că acum au încă multe defecte." 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 mai multe metoda generala determinarea temperaturii zero absolut, independent de o substanță specifică. De aceea, unitatea de bază fundamentală a temperaturii a fost numită mai târziu kelvin. Mai mult, 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 proprietăți fizice orice substanță specifică". 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 seria articole științifice sub denumirea comună„Despre teoria dinamică a căldurii”, în care are în vedere (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 conturat un nou punct de vedere asupra căldurii, conform căruia „ 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 în mod 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, cu ajutorul unui agent material neînsuflețit, să se obțină lucru mecanic din orice masă de materie prin răcirea acesteia sub temperatura celui mai rece dintre obiectele 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 toate Lumea materială " „Mașina automată” descrisă în această notă a început să fie numită perpetuum mobile de al 2-lea fel. Bazat drept deschis termodinamică 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 celebru privind răcirea gazelor în timpul expansiunii fără a efectua lucrări, 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 întunecați griji constante pentru sănătatea soției și aproape totul timp liber omul de știință s-a dedicat 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! Calculul lui Thomson al dimensiunilor moleculelor bazat pe măsurători ale energiei de suprafață a unui film lichid a fost de mare importanță în formarea conceptelor atomiste. 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, Amiraalitatea 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 credința religioasă. Thomson era creștin, dar nu era preocupat să apere o interpretare literală a detaliilor Creației; de exemplu, a discutat cu bucurie despre subiectul 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. El a calculat cât timp i-a luat globului topit să se răcească 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 care încetinește 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 din țară 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, de predare 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 titlul de nobilime, iar în 1892, regina Victoria, pentru realizările sale științifice, i-a acordat o noblețe 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.

În chiar sfârşitul XIX-lea c., 27 aprilie 1900, Lordul Kelvin a ținut o conferință celebră la Instituția Regală despre criza teoriei dinamice a luminii și căldurii, intitulată „Norii secolului al XIX-lea asupra teoriei dinamice a căldurii și luminii”. 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? Al doilea 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 inutilă a unei modalități de a depăși contradicțiile, Lordul Kelvin concluzionează în mod destul de pesimist că cel mai simplu mod constă pur și simplu în a nu acorda atenție existenței acestui nor. Perspicacitatea venerabilului fizician a fost uimitoare: a găsit cu exactitate două puncte dureroase stiinta contemporana. 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 interna 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: „Avioanele 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) oferă o listă de aproximativ 250 de articole (excluzând cărțile) aparținând lui Thomson.