Μεγάλα μυαλά: Ρούντολφ Κλαούζιους

O Ρούντολφ Κλαούζιους (πλήρες όνομα Rudolf Julius Emmanuel Clausius, 2 Ιανουαρίου 1822 – 24 Αυγούστου 1888) ήταν Γερμανός φυσικός. Θεωρείται ο θεμελιωτής της θερμοδυναμικής. Ο Κλαούζιους όρισε την εντροπία και διετύπωσε τον Πρώτο και τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής.

Ο Κλαούζιους γεννήθηκε στο Κέσλιν (Köslin) της Πρωσίας (τότε τμήμα της Γερμανίας, σημερινό Koszalin της Πολωνίας). Πατέρας του ήταν ο αιδεσιμότατος C.E.G. Clausius, μέλος του Σχολικού Συμβουλίου της Βασιλικής Κυβέρνησης, ο οποίος ίδρυσε ένα μικρό ιδιωτικό σχολείο και έγινε διευθυντής του, ενώ παράλληλα εκτελούσε και χρέη ιερέα του. Η οικογένεια ήταν πολυμελής και ο Ρούντολφ ήταν ο έκτος γιος της. Αρχικά παρακολούθησε μαθήματα στο σχολείο του πατέρα του, αλλά αργότερα φοίτησε στο Γυμνάσιο του Στετίνο (Szczecin), όπου και ολοκλήρωσε τις εγκύκλιες σπουδές του το 1840.
Στη συνέχεια εγγράφηκε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου (το 1840) χωρίς να έχει αποφασίσει ποιον τομέα θα ακολουθήσει. Για ένα διάστημα ενδιαφέρθηκε σοβαρά για την ιστορία, αλλά τελικά αποφάσισε ότι τον ενδιέφεραν περισσότερο τα μαθηματικά και η φυσική. Ολοκλήρωσε τις σπουδές του σε αυτούς τους τομείς το Πάσχα του 1844 και δίδαξε επί ένα χρόνο ως δόκιμος καθηγητής στο Frederic-Werder Gymnasium, όπου ανέλαβε τις προχωρημένου επιπέδου τάξεις των μαθηματικών και της φυσικής.
Το 1846 εισήλθε στο Βασιλικό Σεμινάριο Boeck για ανώτερες σπουδές και στις 15 Ιουλίου 1848 έλαβε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Χάλλε με «eximia cum laude» («εξαίρετο μετ’ επαίνων»). Ο τίτλος της διατριβής του ήταν De iis Atmosphaerae Particulis quibus Lumen reflectitur (σε ελεύθερη απόδοση: «Περί των σωματιδίων που ανακλούν το φως στην ατμόσφαιρα»).
Το 1850 γίνεται καθηγητής στη Βασιλική Σχολή Πυροβολικού και Μηχανικού στο Βερολίνο και υφηγητής (Privatdozent) στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, ενώ το 1855 προσκαλείται και αναλαμβάνει καθήκοντα καθηγητή στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, στο οποίο παρέμεινε ως το 1867. Ο ίδιος εξέφρασε τη λύπη του που άφηνε το συγκεκριμένο ίδρυμα, αλλά ένιωθε μεγάλη νοσταλγία για την πατρίδα του. Αρχικά μετέβη στο Βίρτσμπουργκ. Εκεί νυμφεύθηκε, τον Νοέμβριο του 1859, την Αντελχάιντ Ρίμπχαμ (Adelheid Rimpham), με την οποία απέκτησαν έξι παιδιά, από τα οποία επέζησαν δύο γιοι και δύο θυγατέρες.
Στο Βίρτσμπουργκ υπηρέτησε ως καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της πόλης επί διετία και στη συνέχεια μετέβη στη Βόννη, αφού στο ενδιάμεσο αρνήθηκε τη θέση του καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Στη Βόννη παρέμεινε ως τον θάνατό του το 1888, ενώ το 1884 έγινε Πρύτανης στο Πανεπιστήμιο. Τα επερχόμενα πολιτικά γεγονότα έπαιξαν σημαντικό ρόλο στη μετέπειτα ζωή του.
Όταν ξέσπασε ο Γαλλογερμανικός Πόλεμος το 1870 ο Κλαούζιους, όντας θερμός Γερμανός πατριώτης, κατατάχθηκε στον στρατό, παρά το ότι ήταν σχεδόν πενήντα ετών και τραυματίστηκε στο πόδι, γεγονός που του στοίχισε σχεδόν μόνιμη ελαφρά αναπηρία. Για τις υπηρεσίες του στον Πόλεμο τιμήθηκε, το 1871, με τον Σιδηρούν Σταυρό.
Το 1875 η Αντελχάιντ απεβίωσε, αφήνοντάς του την φροντίδα των παιδιών. Συνέχισε να διδάσκει, είχε όμως πολύ λιγότερο χρόνο να αφιερώνει στις έρευνές του. Το 1886 νυμφεύθηκε τη Σόφι Ζακ (Sophie Sack) από το Έσσεν, με την οποία απέκτησαν έναν γιο. Απεβίωσε δύο χρόνια αργότερα, στις 24 Αυγούστου 1888 στη Βόννη.
Το έργο του
Ήδη από το 1850 ο Κλαούζιους είχε αναπτύξει ορισμένες από τις περί θερμότητας θεωρίες του. Το 1850 συνέγραψε και παρουσίασε στο Βερολίνο (Ακαδημία Επιστημών) τη μελέτη του Über die bewegende Kraft der Wärme (περί της κινητηρίου δυνάμεως της Θερμότητος), την οποία δημοσίευσε στο επιστημονικό περιοδικό Annalen der Physik. Στη μελέτη αυτή εμπεριέχεται η αρχική διατύπωση του Δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής.
Ο Κλαούζιους ήταν ο πρώτος που διατύπωσε το αξίωμα «δεν είναι δυνατή η αυθόρμητη μεταφορά θερμότητας από ένα σώμα χαμηλής θερμοκρασίας σε ένα σώμα υψηλής θερμοκρασίας». M.I.T.: Concept and Statements of the Second Law
Δεκαπέντε χρόνια αργότερα, ο Κλαούζιους εισάγει μια επαναστατική τότε έννοια στη Θερμοδυναμική, την έννοια της εντροπίας, χρησιμοποιώντας τον όρο “Entropie”: Διατύπωσε την άποψη ότι Η ενέργεια ενός κλειστού συστήματος μπορεί ποσοτικά να διατηρείται αλλά ποιοτικά υποβαθμίζεται. Με βάση αυτή τη διαπίστωση, ο Κλαούζιους διετύπωσε ξανά τους δύο νόμους της Θερμοδυναμικής:
– Η ενέργεια στο Σύμπαν παραμένει σταθερή
– Η εντροπία στο Σύμπαν τείνει σε ένα μέγιστο
Κατά τα πρώτα χρόνια παραμονής του στη Ζυρίχη ασχολήθηκε με την κινητική θεωρία των αερίων. Δημοσίευσε δύο μελέτες πάνω στο θέμα: «Επί του τύπου της κινήσεως που αποκαλούμε θερμότητα» (1857) και «Επί του μέσου μήκους διαδρομής που διανύουν μονήρη μόρια κατά την μοριακή κίνηση των αερίων σωμάτων» (1858). Με βάση την παραδοχή ότι τα μόρια των αερίων κινούνται ευθύγραμμα, ο Κλαούζιους υπολόγισε τη μέση ταχύτητα των μορίων του αερίου υδρογόνου σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πιέσεως. Η ταχύτητα την οποία υπολόγισε (2000 m/sec) έμοιαζε να έρχεται σε πλήρη αντίθεση με την ταχύτητα διάχυσης των αερίων, ο Κλαούζιους επιχείρησε να την εξηγήσει με τη σημαντική έννοια της «μέσης ελεύθερης τροχιάς» των μορίων.
Λίγα χρόνια αργότερα (1862) δημοσίευσε τη μελέτη του «Επί της θερμικής αγωγιμότητος των αερίων σωμάτων», στην οποία πέτυχε να ταυτίσει τη θεωρία με τα πειραματικά αποτελέσματα. Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ τον επαίνεσε και αναφερόμενος σε αυτόν είπε: «Είναι ο πρώτος που μας έδωσε ακριβείς ιδέες για την κίνηση των υπό αταξία κινούμενων μορίων στα αέρια». Ο Μάξγουελ ανέφερε, επίσης, ότι η από αυτόν υιοθέτηση των αρχών της μηχανικής στη μελέτη των μορίων «οφείλεται, κατά μέγα μέρος, στην εργασία του δρα. Κλαούζιους».
Το ίδιο έτος ο Κλαούζιους στρέφεται εκ νέου στη θερμοδυναμική. Στη μελέτη που δημοσιεύει με τίτλο «Επί της εφαρμογής του θεωρήματος της Ισορροπίας Μεταβολών στο εσωτερικό έργο» συμπεραίνει ότι «είναι πρακτικά αδύνατο να φθάσουμε στο απόλυτο μηδέν της θερμοκρασίας με οποιαδήποτε μεταβολή στην κατάσταση ενός σώματος».
Ο Κλαούζιους διατύπωσε, επίσης, το 1851, την άποψη ότι το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω ενός διαλύματος λόγω ιονισμού, αν και έγινε πιστευτός από ελάχιστους εκείνη την εποχή.
wikipedia