Una breve biografía de William Thomson
Kelvin nació en Belfast, Irlanda, el 26 de junio de 1824. Fue inteligente y estudioso desde niño, y entró en el curso preparatorio de la Universidad de Glasgow a la edad de 10 años. Cuando tenía 17 años, una vez determinó que “hacia donde conduzca la ciencia, habrá un ascenso continuo”. Se graduó en la Universidad de Cambridge en 1845 y ganó el segundo premio del Premio Lange y el primer premio del Premio Smith durante sus años universitarios. Después de graduarse, se fue a París y trabajó durante un año con el físico y químico V. Regnaud. En 1846, fue nombrado profesor de filosofía natural (otro nombre para la física en ese momento) en la Universidad de Glasgow y ocupó ese puesto durante 53 años. Por su contribución a la instalación del primer cable submarino del Atlántico, el gobierno británico lo nombró caballero en 1866 y fue ascendido a Lord Kelvin en 1892, de donde comenzó el nombre Kelvin. 1890 ~ 1895 Presidente de la Royal Society de Londres. En 1877 fue elegido académico de la Academia de Ciencias de Francia. En 1904, se desempeñó como Canciller de la Universidad de Glasgow hasta su muerte en Netherhall, Escocia, en febrero de 1907+17.
El rango de investigación de Kelvin es muy amplio y ha realizado contribuciones en los campos del calor, electromagnetismo, mecánica de fluidos, óptica, geofísica, matemáticas y aplicaciones de ingeniería. Publicó más de 600 artículos a lo largo de su vida y obtuvo 70 patentes de invención. Gozaba de una gran reputación en la comunidad científica de la época y era muy respetado por científicos y grupos científicos de Gran Bretaña, Europa y Estados Unidos. Su investigación sobre el calor, el electromagnetismo y sus aplicaciones en ingeniería se encuentra entre las mejores.
Kelvin fue uno de los principales fundadores de la termodinámica e hizo una serie de contribuciones importantes en el desarrollo de la termodinámica. Creó la escala de temperatura termodinámica en 1848 basándose en las teorías de Guy-Lussac, Carnot y Clapeyron. Señaló: "La característica de esta escala de temperatura es que es completamente independiente de las propiedades físicas de cualquier sustancia especial". Esta es la escala de temperatura estándar en la ciencia moderna. Es uno de los dos principales creadores de la segunda ley de la termodinámica (el otro es Clausius). En 1851 propuso la segunda ley de la termodinámica: "Es imposible absorber calor de una sola fuente de calor y convertirlo en completamente útil sin otros efectos". Esta es la formulación estándar de la segunda ley de la termodinámica. También se señaló que si esta ley no se cumple, hay que admitir que puede existir una especie de máquina de movimiento perpetuo que puede obtener trabajo mecánico infinito enfriando el agua de mar o el suelo, que es el llamado segundo tipo de movimiento perpetuo. máquina. Afirmó a partir de la segunda ley de la termodinámica que la disipación de energía es una tendencia universal. En 1852, cooperó con Joule para estudiar más a fondo la energía interna de los gases, mejoró el experimento de expansión libre de gases de Joule, realizó un experimento de tapón poroso para la expansión de gases y descubrió el efecto Joule-Thomson, que es el fenómeno de cambio de temperatura causado por la Expansión adiabática del gas a través de un tapón poroso. Este descubrimiento se ha convertido en uno de los principales métodos para obtener bajas temperaturas y es muy utilizado en tecnología criogénica. En 1856, predijo teóricamente un nuevo efecto termoeléctrico, es decir, cuando la corriente fluye a través de un conductor con temperatura desigual, además de generar calor Joule irreversible, el conductor también absorberá o liberará una cierta cantidad de calor (llamado Tang Musun caliente). . Este fenómeno llegó a conocerse como efecto Thomson.
En términos de electricidad, Tang Musun estudió hábilmente una variedad de problemas, desde la electricidad estática hasta las corrientes transitorias. Reveló las similitudes entre la teoría de la conducción del calor de Fourier y la teoría del potencial, discutió el concepto de propagación de la acción eléctrica de Faraday y analizó los circuitos oscilantes y la corriente alterna que producían. Su artículo influyó en Maxwell, quien le pidió consejo y esperaba estudiar el mismo tema con él, y lo elogió.
Kelvin logró logros sobresalientes en la teoría electromagnética y aplicaciones de ingeniería. En 1848 inventó el método electromagnético, un método eficaz para calcular los problemas de campo electrostático causados por la distribución de carga de conductores con una determinada forma. Realizó una investigación en profundidad sobre las características de la oscilación de descarga de la jarra de Leyden, publicó el artículo "Descarga de la oscilación de la jarra de Leyden" en 1853 y calculó la frecuencia de oscilación, haciendo una contribución pionera al estudio teórico de la oscilación electromagnética. Utilizó métodos matemáticos para llevar a cabo debates útiles sobre la naturaleza de los campos electromagnéticos y trató de unificar la energía eléctrica y el magnetismo con fórmulas matemáticas. En 1846 completó con éxito el "método de la fuerza de imágenes en movimiento" de la electricidad, el magnetismo y la corriente, que ya era el prototipo de la teoría del campo electromagnético (si vas más allá, profundizarás en el problema de las ondas electromagnéticas). Una vez escribió en su diario: "Si puedo volver a examinar el estado de los objetos relacionados con el electromagnetismo y la corriente eléctrica de una manera más especial, definitivamente iré más allá de lo que sé ahora, pero eso, por supuesto, es una cuestión para el futuro". ". Lo bueno es que pudo presentarle todos los resultados de su investigación a Maxwell sin reservas y lo animó a establecer una teoría unificada de los fenómenos electromagnéticos, que sentó las bases para la finalización final de la teoría del campo electromagnético por parte de Maxwell.
Concede gran importancia a la integración de la teoría con la práctica. En 1875 se predijo que las ciudades utilizarían iluminación eléctrica y en 1879 se propuso la posibilidad de transmisión de energía a larga distancia. Estas ideas suyas se harán realidad en el futuro. En 1881 modificó el motor, mejorando enormemente su valor práctico. En términos de instrumentación eléctrica, su principal contribución fue el establecimiento de estándares unitarios precisos para cantidades electromagnéticas y el diseño de diversos instrumentos de medición de precisión. Inventó el galvanómetro de espejo (que mejoró enormemente la sensibilidad de la medición), el puente de dos brazos, el registrador de sifón (que puede registrar automáticamente señales telegráficas), etc., lo que impulsó en gran medida el desarrollo de instrumentos de medición eléctricos.
Basándose en sus sugerencias, la Asociación Científica Británica estableció el Comité de Normas Eléctricas en 1861, que sentó las bases para las normas unitarias modernas para cantidades eléctricas. ¿Interpretación de la calibración basada en carbono? En 1855 estudió la propagación de señales en cables y resolvió una serie de problemas teóricos y técnicos en las comunicaciones por cables submarinos de larga distancia. Después de tres fracasos y dos años de investigación y experimentación, Kelvin finalmente ayudó a instalar el primer cable submarino del Atlántico en 1858, una hazaña por la que ahora es conocido. Es bueno combinando la enseñanza, la investigación científica y la aplicación industrial, y presta atención a cultivar la capacidad práctica de trabajo de los estudiantes en la enseñanza. En la Universidad de Glasgow, estableció el primer laboratorio extracurricular para estudiantes del Reino Unido.
Tang Musun también aplicó la física a campos completamente diferentes. Estudió las fuentes de energía solar térmica y el equilibrio térmico de la Tierra. Su método era sólido e interesante, pero sólo porque no sabía que la energía del sol y la tierra provenían de la energía nuclear, le era imposible llegar a las conclusiones correctas. Intentó explicar la fuente del calor solar en términos de meteoritos que caían sobre el sol o de contracción gravitacional. Alrededor de 1854, estimó que la edad del Sol era inferior a 5 × 10 8 años, sólo una décima parte del valor que conocemos ahora.
A partir del gradiente de temperatura cerca de la superficie terrestre, Tang Musun intentó deducir la historia térmica y la edad de la Tierra. Su estimación todavía era demasiado baja, sólo 4×108, mientras que el valor real era de aproximadamente 5×109. Basándose en la evolución de los fenómenos geológicos, los geólogos pronto descubrieron que su estimación era errónea. No podían refutar las matemáticas de Tang Musun, pero estaban seguros de que sus suposiciones estaban equivocadas. De manera similar, los biólogos también descubrieron que el curso temporal dado por Tang Musun era contrario a los últimos conceptos de evolución. Este debate duró muchos años y Tang Musun no entendió que las objeciones de otras personas eran correctas. Finalmente, no fue hasta el descubrimiento de la radiactividad y las reacciones nucleares que la premisa de la hipótesis de Tang Musun fue completamente rechazada.
La mecánica de fluidos, especialmente la teoría de los vórtices, se ha convertido en uno de los temas favoritos de Tang Musun. Inspirado por el trabajo de Helmholtz, descubrió algunos teoremas valiosos. Uno de los logros de este viaje fue la invención en 1876 de una brújula especial adecuada para barcos de hierro, que más tarde fue adoptada por la Armada británica y utilizada hasta que fue reemplazada por el moderno girocompás. La empresa de Tang Musun produjo muchas brújulas magnéticas y detectores de profundidad del agua, y obtuvo enormes ganancias con ellos.
Basándose en su experiencia práctica y conocimientos teóricos, Tang Musun sintió la urgente necesidad de unificar las unidades eléctricas. La Revolución Francesa dio un paso de gigante con la introducción del sistema métrico, pero la medición eléctrica creó problemas completamente nuevos. Gauss y Weber sentaron las bases teóricas del sistema de unidades absoluto. Absoluto significa que no tiene nada que ver con sustancias o estándares específicos y solo se basa en leyes físicas universales. Cómo determinar las proporciones en el sistema unitario absoluto, cómo elegir un factor múltiple apropiado para que sea fácil de aplicar a la industria y cómo convencer a la comunidad científica y tecnológica para que acepte este sistema unitario son tareas importantes y difíciles. En 1861, la Asociación Científica Británica nombró un comité para comenzar el trabajo, y Thomason fue uno de ellos. Trabajaron duro durante muchos años, y no fue hasta 1881, cuando se celebró en París un congreso internacional dirigido por Don Musun y Helmholtz, y otro congreso en Chicago en 1893, que aceptaron oficialmente el nuevo sistema de unidades y el voltio. Se adoptaron como unidades eléctricas el amperio, el faradio y el ohmio, y desde entonces se han utilizado ampliamente. Pero la cuestión del sistema de unidades no se resolvió. Las conferencias posteriores cambiaron la definición de algunas cantidades estándar y sus valores reales también cambiaron, aunque los cambios fueron pequeños.
Kelvin fue humilde y diligente durante toda su vida, de carácter fuerte, sin miedo al fracaso e inflexible. Respecto a la cuestión de afrontar las dificultades, dijo: "Todos sentimos que las dificultades deben afrontarse de frente y no pueden evitarse; debemos tenerlas en cuenta y esperar resolverlas. En cualquier caso, cada dificultad debe tener una solución, aunque podemos encontrarlo en la vida, ni siquiera eso." Su espíritu de lucha incansable por la ciencia a lo largo de su vida siempre será admirado por las generaciones futuras. En 1896, en una conferencia que celebraba su 50 aniversario como profesor en la Universidad de Glasgow, dijo: "Hay dos palabras que mejor representan mis 50 años de lucha en la investigación científica, y son 'fracaso'". para ilustrar su modestia. Para conmemorar sus logros científicos, el Congreso Internacional de Pesas y Medidas llamó a la escala de temperatura termodinámica (es decir, escala de temperatura absoluta) la escala de temperatura Kelvin que se mide en Kelvin, que es una de las siete unidades básicas de la actual Internacional. Sistema de Unidades.
La vida de Kevin fue muy exitosa. Se le puede considerar uno de los más grandes científicos del mundo. Cuando murió el 17 de diciembre de 1907, los científicos de todo el Reino Unido y de todo el mundo lo lloraron. Su cuerpo fue enterrado junto a la tumba de Newton en la Abadía de Westminster.