Уильям Кельвин

Уильям Кельвин (полное имя — Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин; 26 июня 1824, Белфаст — 17 декабря 1907, Ларгс) — британский физик, механик и инженер, один из крупнейших учёных XIX века. Известен фундаментальными работами в области термодинамики, электродинамики, механики и геофизики. Ввёл абсолютную шкалу температур, названную в его честь (шкала Кельвина), и сформулировал второе начало термодинамики. Член Лондонского королевского общества (1851) и его президент (1890—1895).

Биография

Ранние годы и образование

Уильям Томсон родился в Белфасте (Ирландия) в семье профессора математики Джеймса Томсона. В 1832 году семья переехала в Глазго, где отец получил кафедру в университете. Уильям и его старший брат Джеймс получили домашнее образование, а затем поступили в Университет Глазго в возрасте 10 лет. В 1841 году Томсон продолжил обучение в Кембриджском университете, где изучал математику и физику.

Научная карьера

В 1846 году, в возрасте 22 лет, Томсон был назначен профессором натурфилософии (физики) в Университете Глазго, где проработал более 50 лет. В этот период он создал первую в Великобритании физическую лабораторию, предназначенную для учебных и исследовательских целей.

В 1866 году Томсон был посвящён в рыцари, а в 1892 году получил титул барона Кельвина (по названию реки Кельвин, протекающей через территорию Университета Глазго).

Поздние годы

После выхода на пенсию в 1899 году Кельвин продолжал активную научную и общественную деятельность. Он скончался 17 декабря 1907 года в своём поместье в Ларгсе (Шотландия) и был похоронен в Вестминстерском аббатстве рядом с Исааком Ньютоном.

Научные достижения

Термодинамика

Кельвин внёс решающий вклад в развитие термодинамики. В 1848 году он предложил абсолютную термодинамическую шкалу температур, не зависящую от свойств конкретного вещества. Единица измерения в этой шкале — кельвин (К) — названа в его честь.

В 1851 году Кельвин сформулировал второе начало термодинамики в виде: «Невозможно осуществить круговой процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты, взятой от нагревателя, в эквивалентную работу». Эта формулировка известна как постулат Кельвина — Планка.

Совместно с Джеймсом Джоулем Кельвин исследовал эффект охлаждения газа при его адиабатическом расширении (эффект Джоуля — Томсона), что привело к созданию методов сжижения газов.

Электродинамика и электротехника

Кельвин разработал теорию электрических колебаний и ввёл понятие электрического потенциала. Он создал несколько типов электрометров и гальванометров, а также участвовал в проектировании первого трансатлантического телеграфного кабеля (1858—1866). Его работы по теории распространения сигналов в кабелях позволили преодолеть проблемы затухания и искажения сигналов.

Геофизика и механика

Кельвин занимался вопросами возраста Земли, используя термодинамические расчёты. Он оценил возраст Земли в 20—100 миллионов лет, что противоречило геологическим и биологическим оценкам того времени. Позднее открытие радиоактивного распада показало, что оценка Кельвина была занижена.

В области механики Кельвин разработал теорию гироскопов и ввёл понятие «гироскопический эффект». Он также внёс вклад в теорию упругости и гидродинамику.

Математика

Кельвин внёс вклад в математическую физику, в частности в теорию потенциала и гармонический анализ. Он разработал метод изображений для решения задач электростатики и магнитостатики.

Основные труды

• «О динамической теории теплоты» (1851) — работа, содержащая формулировку второго начала термодинамики.
• «Трактат о натурфилософии» (совместно с Питером Тейтом, 1867) — фундаментальный учебник по физике.
• «О возрасте Земли как обиталища человека» (1897) — работа, посвящённая геофизике.

Награды и признание

• Член Лондонского королевского общества (1851)
• Королевская медаль (1856)
• Медаль Копли (1883)
• Президент Лондонского королевского общества (1890—1895)
• Пэрство (барон Кельвин, 1892)
• Орден «За заслуги» (1902)

Память

• Единица измерения температуры — кельвин (К) — входит в Международную систему единиц (СИ).
• Именем Кельвина названы кратер на Луне, мыс на Аляске и остров в Антарктиде.
• В Университете Глазго установлен памятник Кельвину и названа его именем лаборатория.
• Портрет Кельвина изображён на банкноте в 100 фунтов стерлингов, выпущенной Банком Шотландии.

Интересные факты

• Кельвин был одним из первых учёных, кто признал важность экспериментальной физики и создал лабораторию для студентов.
• Он активно выступал против теории эволюции Чарльза Дарвина, считая, что естественный отбор не может объяснить сложность организмов.
• Кельвин был убеждённым христианином и считал, что наука и религия не противоречат друг другу.
• В 1900 году в лекции «Облака над динамической теорией теплоты и света» Кельвин указал на две нерешённые проблемы физики: отсутствие объяснения фотоэлектрического эффекта и отрицательный результат опыта Майкельсона — Морли. Эти проблемы впоследствии привели к созданию квантовой механики и теории относительности.

Источники

• Thompson, S. P. The Life of Lord Kelvin. — London: Macmillan, 1910.
• Smith, C., Wise, M. N. Energy and Empire: A Biographical Study of Lord Kelvin. — Cambridge: Cambridge University Press, 1989.
• Кудрявцев, П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.
• Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.