Уильям Томсон, первый барон Кельвин - William Thomson, 1st Baron Kelvin

Достопочтенный Лорд Кельвин ОМ GCVO ПК ССН FRSE
Президент Королевского общества
В офисе 1890–1895
Предшествует	Сэр Джордж Стоукс
Преемник	Лорд Листер
Личная информация
Родившийся	(1824-06-26)26 июня 1824 г. Белфаст, Ирландия
Умер	17 декабря 1907 г.(1907-12-17) (83 года) Ларгс, Эйршир, Шотландия
Национальность	Британский[1][2]
Супруг (а)	Маргарет Крам ​ ​ (м. 1852; умер 1870)​ Фрэнсис Бленди ​ ​ (м. 1874⁠–⁠1907)​ [3]
Дети	никто[4]
Резиденция	Белфаст; Глазго; Кембридж; Лондон
Подпись
Альма-матер	Королевский академический институт Белфаста Университет Глазго Питерхаус, Кембридж
Известен	Эффект Джоуля – Томсона Эффект Томсона (термоэлектрический) Зеркальный гальванометр Сифонный регистратор Кельвин материал Капельница Кельвина Волна Кельвина Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца Механизм Кельвина – Гельмгольца Светимость Кельвина – Гельмгольца Теорема Кельвина о минимальной энергии Преобразование Кельвина Абсолютный ноль Теорема циркуляции Кельвина Теорема Стокса Кельвин мост Кельвинское зондирование Уравнение Кельвина Делитель Кельвина-Варлея Магнитосопротивление Появление термина кинетическая энергия
Награды	Первый Премия Смита (1845) Королевская медаль (1856) Кейт Медаль (1864) Маттеуччи Медаль (1876) Медаль Альберта (1879) Медаль Копли (1883) Медаль Джона Фрица (1905)
Научная карьера
Учреждения	Университет Глазго
Академические консультанты	Уильям Хопкинс
Известные студенты	Уильям Эдвард Айртон
Влияния	Сади Карно Рудольф Клаузиус Юлиус фон Майер Джеймс Джоуль Хэмфри Дэви
Под влиянием	Эндрю Грей
Считается, что «PNP» в его подписи означает «Профессор естественной философии». Обратите внимание, что Кельвин также писал под псевдонимом "P.Q.R."

Уильям Томсон, первый барон Кельвин, ОМ, GCVO, ПК, ССН, FRSE (26 июня 1824 - 17 декабря 1907)^[5] был британцем математик-физик и инженер рожден в Белфаст.^[6] Профессор естественной философии на Университет Глазго 53 года он проделал важную работу в математический анализ электричества и постановка первого и второго законы термодинамики, и многое сделали для унификации зарождающейся дисциплины физика в современном виде. Он получил Королевское общество с Медаль Копли в 1883 г. Президент 1890–1895 гг., А в 1892 г. был первым британским ученым, получившим звание Дом лордов.^[2]

Абсолютные температуры указаны в единицах измерения кельвин в его честь. Хотя наличие нижнего предела температуры (абсолютный ноль ) был известен до его работы, Кельвин известен тем, что определил его правильное значение примерно как -273,15 градуса. Цельсия или -459,67 градуса Фаренгейт. В Эффект Джоуля – Томсона также назван в его честь.

Он тесно сотрудничал с профессором математики Хью Блэкберн в его работе. Он также сделал карьеру в качестве электрический телеграф инженера и изобретателя, которые привлекли к нему внимание общественности и обеспечили его богатство, славу и честь. За его работу над проект трансатлантического телеграфа он был посвященный в рыцари в 1866 г. Королева Виктория, став сэром Уильямом Томсоном. Он имел обширные морские интересы и был особенно известен своей работой над компас моряка, ранее имевшие ограниченную надежность.

Он был облагороженный в 1892 году в знак признания его достижений в термодинамике и его противодействия Ирландское самоуправление,^[7][8][9] став бароном Кельвином Ларгс в Графство Эр. Название относится к Река Кельвин, который протекает рядом с его лабораторией в Университете Глазго. Gilmorehill дома в Hillhead. Несмотря на предложения о повышенных должностях из нескольких всемирно известных университетов, Кельвин отказался покинуть Глазго, оставаясь до своего окончательного ухода с этой должности в 1899 году.^[5] Активно занимался промышленными исследованиями и разработками, он был нанят около 1899 г. Джордж Истман исполнять обязанности заместителя председателя правления британской компании Kodak Limited, связанной с Eastman Kodak.^[10] В 1904 году он стал Ректор Университета Глазго.^[5]

Его домом был особняк Нетерхолл из красного песчаника в Ларгсе, который он построил в 1870-х годах и где он умер. В Хантерианский музей В Университете Глазго есть постоянная выставка работ Кельвина, включая многие из его оригинальных работ, инструментов и других артефактов, таких как его курительная трубка.

Ранняя жизнь и работа

Семья

Семейное древо Томсонов: Джеймс Томсон (математик), Джеймс Томсон (инженер), и Уильям Томсон были профессорами в Университет Глазго; два последних, благодаря их связи с Уильям Рэнкин, еще один профессор из Глазго, работал над созданием одной из школ-основателей термодинамика.

Отец Уильяма Томсона, Джеймс Томсон, был учителем математики и инженерии в Королевский академический институт Белфаста и сын фермера. Джеймс Томсон женился на Маргарет Гарднер в 1817 году, и из их детей четыре мальчика и две девочки пережили младенчество. Маргарет Томсон умерла в 1830 году, когда Уильяму было шесть лет.^[11]

Уильям и его старший брат Джеймс их наставляли дома их отец, в то время как младших мальчиков наставляли их старшие сестры. Джеймс должен был получить большую часть поддержки, любви и финансовой поддержки своего отца и был готов к карьере инженера.

В 1832 году его отец был назначен профессором математики в Глазго, и семья переехала туда в октябре 1833 года. Дети Томсона познакомились с более широким космополитическим опытом, чем сельское воспитание их отца, проведя середину 1839 года в Лондоне, а мальчики обучались французскому языку. в Париже. Большая часть жизни Томсона в середине 1840-х годов прошла в Германия и Нидерланды. Изучение языка было приоритетным.

Его сестра Анна Томсон была матерью Джеймс Томсон Боттомли FRSE (1845–1926).^[12]

Молодость

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Уильям Томсон, первый барон Кельвин"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Декабрь 2017 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

У Томсона были проблемы с сердцем, и он чуть не умер, когда ему было 9 лет. Он присутствовал на Королевский академический институт Белфаста, где его отец был профессором университетского факультета до того, как начал учиться в Университете Глазго в 1834 году в возрасте 10 лет, не по раннему возрасту; Университет предоставлял многие возможности начальной школы для способных учеников, и это был типичный начальный возраст.

В школе Томсон проявлял живой интерес к классике наряду с естественным интересом к наукам. В 12 лет он получил приз за перевод Лукиан Самосатский с Диалоги богов из латинский на английский.

В 1839/1840 учебном году Томсон получил приз класса в астрономия за его Очерк о фигуре Земли который показал раннюю способность к математическому анализу и творчеству. Его учителем физики в то время был его тезка, Дэвид Томсон.^[13]

Всю свою жизнь он работал над проблемами, поднятыми в эссе, как справляться стратегия во времена личных стресс. На титульном листе этого эссе Томсон написал следующие строки из Александр Поуп с Очерк о человеке. Эти строки вдохновили Томсона на понимание мира природы с помощью силы и методов науки:

Вперед, чудное создание! гора, куда направляет наука;
Пойдите, измерьте землю, взвесьте воздух и назовите приливы;
Укажите планетам, в каких сферах бежать,

Исправьте старое время и отрегулируйте солнце;

Томсон был заинтригован Фурье Теория аналитик де ла шалёр и посвятил себя изучению "континентальной" математики, против которой сопротивлялся британский истеблишмент, все еще работающий в тени сэра Исаак Ньютон. Неудивительно, что работа Фурье подверглась критике со стороны отечественных математиков. Филип Келланд создание критической книги. Книга побудила Томсона написать свой первый опубликованный научная бумага^[14] под псевдонимом P.Q.R., защищая Фурье, и представил Кембриджский математический журнал его отец. Второй P.Q.R. бумага последовала почти сразу.^[15]

Во время отпуска с семьей в Ламлаш в 1841 году он написал третий, более существенный P.Q.R. бумага О равномерном движении тепла в однородных твердых телах и его связи с математической теорией электричества.^[16] В статье он установил замечательную связь между математическими теориями теплопроводность и электростатика, аналогия который Джеймс Клерк Максвелл был в конечном итоге охарактеризован как один из самых ценных наукообразующие идеи.^[17]

Уильям Томсон, 22 года

В меандр из Река Кельвин содержащий Неоготика Кампус Гилморхилл Университета Глазго, спроектированный Джордж Гилберт Скотт, куда переехал университет в 1870-х (фотография 1890-х)

Кембридж

Отец Уильяма был в состоянии щедро обеспечить образование своего любимого сына и в 1841 году поселил его с обширными рекомендательными письмами и достаточными помещениями в Питерхаус, Кембридж. Во время учебы в Кембридже Томсон занимался спортом, атлетикой и веселье, выиграв Colquhoun Sculls в 1843 году.^[18] Он также проявлял живой интерес к классике, музыке и литературе; но настоящей любовью его интеллектуальной жизни было стремление к науке. Изучение математика, физика, и в особенности электричество, захватили его воображение. В 1845 г. Томсон получил высшее образование. Второй Wrangler.^[19] Он также выиграл Первый Премия Смита, который, в отличие от Tripos, это тест оригинального исследования. Роберт Лесли Эллис, как говорят, один из экзаменаторов заявил другому экзаменатору: «Мы с вами почти готовы починить его ручки».^[20]

В 1845 году он дал первую математическую разработку Майкл Фарадей Идея о том, что электрическая индукция происходит через промежуточную среду или «диэлектрик», а не за счет какого-то непонятного «действия на расстоянии». Он также разработал математическую технику электрических изображений, которая стала мощным средством в решении задач электростатики, науки, которая имеет дело с силами между электрически заряженными телами в состоянии покоя. Частично в ответ на его поддержку Фарадей в сентябре 1845 года предпринял исследование, которое привело к открытию Эффект Фарадея, который установил связь между световыми и магнитными (и, следовательно, электрическими) явлениями.

Он был избран членом церкви Святого Петра (как тогда часто называли Петерхауса) в июне 1845 года.^[21] Получив стипендию, он провел некоторое время в лаборатории знаменитого Анри Виктор Реньо в Париже; но в 1846 году он был назначен кафедра естественной философии в Университет Глазго. В двадцать два года он оказался в мантии профессора одного из старейших университетов страны и читал лекции в классе, в котором он был студентом первого курса несколько лет назад.

Термодинамика

К 1847 году Томсон уже заработал репутацию не по годам развитого и нестандартного ученого, когда он посетил Британская ассоциация развития науки ежегодное собрание в Оксфорд. На той встрече он услышал Джеймс Прескотт Джоуль делает еще одну свою пока что неэффективную попытку дискредитировать теория калорий тепла и теории Тепловой двигатель построенный на нем Сади Карно и Эмиль Клапейрон. Джоуль утверждал, что тепло и механическая работа и за их механическую эквивалентность.

Томсон был заинтригован, но настроен скептически. Хотя он чувствовал, что результаты Джоуля требуют теоретического объяснения, он отступил к еще более глубокой приверженности школе Карно-Клапейрона. Он предсказал, что температура плавления льда должен упасть с давление, иначе его расширение при замораживании может быть использовано в вечный двигатель. Экспериментальное подтверждение в его лаборатории во многом укрепило его убеждения.

В 1848 году он расширил теорию Карно-Клапейрона, будучи недоволен тем, что газовый термометр предоставил только Рабочее определение температуры. Он предложил абсолютная температура шкала^[22] в котором единица тепла, исходящая от тела A при температуре Т° этой шкалы телу B при температуре (Т−1) °, дал бы такой же механический эффект [работай], каким бы ни был номер Т. Такой масштаб был бы совершенно не зависит от физических свойств какого-либо конкретного вещества.^[23] Используя такой «водопад», Томсон постулировал, что будет достигнута точка, в которой больше не может передаваться тепло (калорийность), точка абсолютный ноль о котором Гийом Амонтон предположил еще в 1702 году. «Размышления о движущей силе тепла», опубликованные Карно на французском языке в 1824 году, в год рождения лорда Кельвина, использовали –267 в качестве оценки абсолютного нуля температуры. Томсон использовал данные, опубликованные Regnault, чтобы откалибровать его шкала против установленных измерений.

В своей публикации Томсон писал:

... преобразование тепла (или калорийность) в механическое воздействие, вероятно, невозможно, конечно, не обнаружено

- Но сноска сигнализировала о его первых сомнениях по поводу теории калорийности, относящейся к теории Джоуля. очень замечательные открытия. Удивительно, но Томсон не отправил Джоулю копию своей статьи, но когда Джоуль в конце концов прочитал ее, он написал Томсону 6 октября, утверждая, что его исследования продемонстрировали преобразование тепла в работу, но что он планирует дальнейшие эксперименты. Томсон ответил 27 октября, сказав, что он планирует свои собственные эксперименты и надеется на примирение их двух взглядов.

Томсон вернулся к критике оригинальной публикации Карно и зачитал свой анализ Королевское общество Эдинбурга в январе 1849 г.,^[24] по-прежнему убежден, что теория в основе своей верна. Однако, хотя Томсон не проводил новых экспериментов, в течение следующих двух лет он становился все более неудовлетворенным теорией Карно и убеждался в теории Джоуля. В феврале 1851 года он сел, чтобы сформулировать свое новое мышление. Он не знал, как сформулировать свою теорию, и статья прошла через несколько проектов, прежде чем он остановился на попытке примирить Карно и Джоуля. Во время своего переписывания он, кажется, обдумывал идеи, которые впоследствии породили второй закон термодинамики. В теории Карно потеря тепла была абсолютно потеряно но Томсон утверждал, что это было "потерян для человека безвозвратно; но не потерялся в материальном мире ". Более того, его богословский убеждения привели к предположениям о тепловая смерть вселенной.

Я считаю, что в материальном мире существует тенденция к тому, чтобы движение было рассеянным, и что в целом постепенно происходит обратная концентрация - я считаю, что никакое физическое действие никогда не может восстановить тепло, излучаемое Солнцем, и что этот источник не неиссякаемый; также что движения Земли и других планет теряют vis viva который превращается в тепло; и что хотя некоторые vis viva могут быть восстановлены, например, на Земле за счет тепла, полученного от Солнца, или другими способами, так что потери не могут быть именно так компенсируется, и я думаю, что это, вероятно, недостаточно компенсировано.^[25]

Компенсация потребует творческий акт или действие, обладающее подобной силой.^[25]

В окончательной публикации Томсон отказался от радикального отклонения и заявил, что «вся теория движущей силы тепла основана на ... двух ... положениях, принадлежащих соответственно Джоуля, Карно и Клаузиусу».^[26] Томсон сформулировал форму второго закона:

Невозможно с помощью неодушевленных материалов вызвать механический эффект от какой-либо части материи, охладив ее ниже температуры самого холодного из окружающих объектов.^[27]

В своей статье Томсон поддержал теорию о том, что тепло является формой движения, но признал, что на него повлияла только мысль сэра Хэмфри Дэви и эксперименты Джоуля и Юлиус Роберт фон Майер, поддерживая эту экспериментальную демонстрацию превращения тепла в работу, все еще не удалось.^[28]

Как только Джоуль прочитал статью, он написал Томсону свои комментарии и вопросы. Так началось плодотворное, хотя и в значительной степени эпистолярное, сотрудничество между двумя людьми: Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество длилось с 1852 по 1856 год, его открытия, в том числе Эффект Джоуля – Томсона, иногда называемый эффектом Кельвина – Джоуля, и опубликованные результаты^[29] сделал многое для всеобщего признания работы Джоуля и кинетическая теория.

Томсон опубликовал более 650 научных работ.^[30] и подала заявку на получение 70 патентов (не все были выданы). Что касается науки, Томсон написал следующее:

В физической науке первым важным шагом в направлении изучения любого предмета является поиск принципов численного счета и практических методов измерения некоторого качества, связанного с этим. Я часто говорю, что когда вы можете измерить то, о чем говорите, и выразить это числами, вы кое-что знаете об этом; но когда вы не можете его измерить, когда вы не можете выразить это в числах, ваши знания скудны и неудовлетворительны: это может быть начало знания, но вы едва ли в своих мыслях достигли стадии наука, в любом случае.^[31]

Трансатлантический кабель

Расчеты по скорости передачи данных

Хотя сейчас Томсон был выдающимся ученым, он оставался малоизвестным для широкой публики. В сентябре 1852 года он женился на возлюбленной детства Маргарет Крам, дочери Уолтер Крам;^[5] но ее здоровье пошатнулось во время их медового месяца, и следующие семнадцать лет Томсон отвлекался на ее страдания. 16 октября 1854 г. Джордж Габриэль Стоукс написал Томсону, чтобы попытаться снова заинтересовать его работой, спросив его мнение о некоторых экспериментах Майкл Фарадей по предложенному трансатлантический телеграфный кабель.

Фарадей продемонстрировал, как строительство кабеля ограничит скорость отправки сообщений - в современных терминах пропускная способность. Томсон ухватился за проблему и в том же месяце опубликовал свой ответ.^[32] Он выразил свои результаты с точки зрения скорость передачи данных что могло быть достигнуто, и экономические последствия с точки зрения потенциала доход трансатлантического предприятия. В дальнейшем анализе 1855 г.^[33] Томсон подчеркнул влияние, которое конструкция кабеля окажет на его рентабельность.

Томсон утверждал, что скорость передачи сигналов через данный кабель обратно пропорциональна квадрат длины кабеля. Результаты Томсона были оспорены на заседании Британской ассоциации в 1856 г. Дикий Уайтхаус, то электрик из Атлантическая телеграфная компания. Уайтхаус, возможно, неверно истолковал результаты своих экспериментов, но, несомненно, чувствовал финансовое давление, поскольку планы по прокладке кабеля уже были в стадии реализации. Он считал, что расчеты Томсона подразумевают, что кабель должен быть «оставлен как практически и коммерчески невозможный».

Томсон выступил против утверждения Уайтхауса в письме к популярной Атенеум журнал^[34] выставляя себя на всеобщее обозрение. Томсон рекомендовал более крупный дирижер с большим поперечное сечение из изоляция. Он считал Уайтхаус дураком и подозревал, что у него есть практические навыки, чтобы заставить существующий дизайн работать. Работа Томсона привлекла внимание похоронных бюро проекта. В декабре 1856 года он был избран в совет директоров Атлантической телеграфной компании.

Ученый инженер

Томсон стал научным консультантом команды, а Уайтхаус - главным электриком, а сэр Чарльз Тилстон Брайт в качестве главного инженера, но Уайтхаус добился своего Технические характеристики, поддержанный Фарадеем и Сэмюэл Ф. Б. Морс.

Телеграфный сифонный самописец Уильяма Томсона на выставке в Телеграфном музее Порткурно в январе 2019 года.

Томсон плыл на борту кабелеукладчика HMSАгамемнон в августе 1857 года, когда Уайтхаус оказался на суше из-за болезни, но путешествие закончилось через 380 миль (610 км), когда разорвался кабель. Томсон внес свой вклад в эту работу, опубликовав в Инженер вся теория подчеркивает участвовал в закладке подводной лодки кабель и показал, что, когда леска выходит из корабля с постоянной скоростью и на одинаковой глубине воды, она опускается под наклоном или прямым наклоном от точки входа в воду до точки, где она касается дна.^[35]

Томсон разработал полную систему для работы подводного телеграфа, способного отправлять персонаж каждые 3,5 секунды. Он запатентовал ключевые элементы своей системы, зеркальный гальванометр и сифонный регистратор, в 1858 г.

Уайтхаус все еще чувствовал себя способным игнорировать многие предложения и предложения Томсона. Только когда Томсон убедил плату в том, что использование более чистой меди для замены потерянного участка кабеля улучшит пропускную способность данных, он впервые повлиял на выполнение проекта.^[36]

Правление настояло на том, чтобы Томсон присоединился к экспедиции по прокладке кабеля 1858 года без какой-либо финансовой компенсации и принял активное участие в проекте. В свою очередь, Томсон вместе с оборудованием Уайтхауса провел испытания своего зеркального гальванометра, к которому совет директоров не проявлял особого энтузиазма. Томсон счел предоставленный доступ неудовлетворительным, а Агамемнон пришлось вернуться домой после катастрофического шторма в июне 1858 года. В Лондоне правление собиралось отказаться от проекта и уменьшить свои потери, продав кабель. Томсон, Сайрус Вест Филд и Кертис М. Лэмпсон привел доводы в пользу другой попытки и победил, Томсон настаивал на том, что технические проблемы можно решить. Несмотря на то, что Томсон работал в качестве консультанта, во время плаваний он развил настоящие инженерные инстинкты и навыки практического решения проблем под давлением, часто беря на себя инициативу в аварийных ситуациях и не боясь помогать в ручной работе. Кабель был завершен 5 августа.

Катастрофа и триумф

Опасения Томсона оправдались, когда прибор Уайтхауса оказался недостаточно чувствительным и его пришлось заменить зеркальным гальванометром Томсона. Уайтхаус продолжал утверждать, что именно его оборудование предоставляет услуги, и начал принимать отчаянные меры для решения некоторых проблем. Ему удалось смертельно повредить кабель, применив 2000V. Когда кабель полностью вышел из строя, Уайтхаус был уволен, хотя Томсон возражал, и совет директоров объявил ему выговор за свое вмешательство. Впоследствии Томсон сожалел, что он слишком охотно согласился со многими предложениями Уайтхауса, и не бросил ему вызов с достаточной энергией.^[37]

Совместная комиссия по расследованию была создана Совет по торговле и Атлантическая телеграфная компания. Было установлено, что большая часть вины за отказ кабеля лежит на Уайтхаусе.^[38] Комитет обнаружил, что, хотя подводные кабели печально известны отсутствием надежность, большинство проблем возникло по известным причинам, которых можно избежать. Томсон был назначен одним из пяти членов комитета, который рекомендовал спецификацию для нового кабеля. Комитет сообщил в октябре 1863 г.^[39]

В июле 1865 года Томсон отправился в экспедицию по прокладке кабеля SSГрейт-Истерн но рейс преследовали технические проблемы. Кабель был утерян после того, как было проложено 1200 миль (1900 км), и проект был заброшен. Следующая попытка в 1866 году проложила новый кабель за две недели, а затем восстановила и завершила кабель 1865 года. Теперь публика приветствовала это предприятие как триумф, и Томсон пользовался большой долей лести. Томсон, как и другие руководители проекта, был посвященный в рыцари 10 ноября 1866 г.

Чтобы использовать свои изобретения для передачи сигналов по длинным подводным кабелям, Томсон вступил в партнерство с К. Ф. Варлей и Флиминг Дженкин. Вместе с последним он также разработал автоматический отправитель бордюра, типа телеграфный ключ для отправки сообщений по кабелю.

Поздние экспедиции

Томсон принял участие в закладке французской Атлантики подводный кабель связи 1869 года, и вместе с Дженкином был инженером по западному, бразильскому и платино-бразильскому кабелю, которому помогал студент на каникулах. Джеймс Альфред Юинг. Он присутствовал при закладке Пара к Пернамбуку участок береговых кабелей Бразилии в 1873 году.

Жена Томсона умерла 17 июня 1870 года, и он решил изменить свою жизнь. Уже будучи увлеченным мореплаванием, в сентябре он купил 126-тонный шхуна, то Лалла Рук^[40][41] и использовал его как базу для развлечения друзей и коллег по науке. Его морские интересы продолжились в 1871 году, когда он был назначен в комиссию по расследованию затопления HMSКапитан.

В июне 1873 года Томсон и Дженкин были на борту лайнера. Hooper, граница для Лиссабон с 2,500 миль (4 020 км) кабеля, когда в кабеле возникла неисправность. Незапланированная 16-дневная остановка в Мадейра последовал за ним, и Томсон подружился с Чарльзом Р. Бленди и его тремя дочерьми. 2 мая 1874 г. он отплыл на Мадейру по Лалла Рук. Приближаясь к гавани, он подал знак резиденции Блэнди: «Ты выйдешь за меня замуж?» и Фанни ответила "Да". 24 июня 1874 года Томсон женился на Фанни, на 13 лет младше его.

Лорд Кельвин Хуберт фон Херкомер

Прочие взносы

Томсон и Тейт: Трактат по натуральной философии

В период с 1855 по 1867 год Томсон сотрудничал с Питер Гатри Тейт на учебник это основало исследование механика сначала по математике кинематика, описание движения без учета сила. Текст разработан динамика в различных областях, но с постоянным вниманием к энергия как объединяющий принцип.

Второе издание появилось в 1879 году и было дополнено двумя отдельными переплетенными частями. Учебник установил стандарт раннего образования в математическая физика.

Вихревая теория атома Кельвина

Между 1870 и 1890 годами теория вихревого атома предполагала, что атом был вихрь в эфир, был популярен среди британских физиков и математиков. Томсон был пионером теории, которая отличалась от вихревой теории семнадцатого века. Декарт в том, что Томсон мыслил в терминах унитарной теории континуума, тогда как Декарт мыслил в терминах трех различных типов материи, каждый из которых имел отношение соответственно к излучению, прохождению и отражению света.^[42] Около 60 научных работ написано примерно 25 учеными. Следуя примеру Томсона и Тейта,^[43] филиал топология называется теория узлов был развит. Инициатива Кельвина в этом комплексном исследовании, которое продолжает вдохновлять новую математику, привела к тому, что эта тема не исчезла. история науки.^[44][45]

морской

Томсона машина для прогнозирования приливов и отливов

Томсон был энтузиастом-яхтсменом, его интерес ко всему, что касается моря, возможно, возник из-за его опыта на море. Агамемнон и Грейт-Истерн.

Томсон представил метод глубоководной глубинное зондирование, в котором сталь струна для фортепиано заменяет обычную ручную линию. Проволока так легко скользит ко дну, что можно проводить «летучие измерения», пока судно движется на полной скорости. Манометр для измерения глубины погружения грузила был добавлен Томсоном.

Примерно в то же время он возродил Самнер метод определения местоположения корабля и рассчитал набор таблиц для его готового приложения. В 1876 году он сконструировал гармонический анализатор, в котором набор дисков использовался для суммирования тригонометрических рядов и, таким образом, для предсказывать приливы. Кельвин упомянул, что подобное устройство можно построить для решения дифференциальных уравнений.^[46]

В 1880-х годах Томсон работал над усовершенствованием регулируемого компас исправлять ошибки, возникающие из магнитное отклонение из-за увеличения использования железа в военно-морская архитектура. Конструкция Томсона была значительным улучшением старых инструментов, поскольку она была более устойчивой и менее подверженной трению. Отклонение из-за магнетизма корабля было исправлено подвижными железными массами на нактоуз. Инновации Томсона включали очень детальную работу по разработке принципов, определенных Джордж Бидделл Эйри и другие, но мало что внесли с точки зрения нового физического мышления. Энергичное лоббирование и налаживание связей Томсона оказалось эффективным в получении признания его инструмента Адмиралтейство.

Компас Кельвина Маринера

Научные биографы Томсона, если они хоть сколько-нибудь обращали внимание на его новаторские разработки в области компаса, обычно воспринимали этот вопрос как печальную сагу о тупоумных флотских администраторах, сопротивляющихся чудесным нововведениям, исходящим от превосходного научного ума. Писатели, симпатизирующие флоту, с другой стороны, изображают Томсона как человека несомненного таланта и энтузиазма, обладающего некоторыми подлинными познаниями в море, которому удалось превратить горстку скромных идей в конструкцию компаса в коммерческую монополию на собственное производство. беспокойство, используя свою репутацию дубинки в судах, чтобы опровергнуть даже небольшие претензии на оригинальность со стороны других, и убедить Адмиралтейство и закон не обращать внимания как на недостатки своего собственного дизайна, так и на достоинства его конкурентов.

Правда, кажется, неизбежно находится где-то между двумя крайностями.^[47]

Чарльз Бэббидж был одним из первых, кто предположил, что маяк можно было заставить сигнализировать об отличительном числе путем затенения его света, но Томсон указал на достоинства этого азбука Морзе для этой цели и настаивал на том, чтобы сигналы состояли из коротких и длинных вспышек света, представляющих точки и тире.

Электрические стандарты

Томсон сделал больше, чем любой другой электрик до своего времени, представив точные методы и устройства для измерения электричества. Еще в 1845 г. он указал, что экспериментальные результаты Уильям Сноу Харрис были в соответствии с законами Кулон. в Воспоминания Римской академии наук в 1857 г. он опубликовал описание своего нового разделенного кольца электрометр, на основе старого электроскопа Иоганн Готтлиб Фридрих фон Боненбергер и он представил цепочку или серию эффективных инструментов, включая квадрантный электрометр, которые охватывают всю область электростатических измерений. Он изобрел текущий баланс, также известный как Баланс Кельвина или же Баланс ампер (SiC), для точный спецификация ампер, то стандарт единица измерения из электрический ток. Примерно с 1880 г. ему помогал инженер-электрик. Магнус Маклин FRSE в своих электрических экспериментах.^[48]

В 1893 году Томсон возглавил международную комиссию по разработке дизайна Ниагарский водопад электростанция. Несмотря на его веру в превосходство постоянный ток передача электроэнергии, он поддержал Вестингауз переменный ток система, которая была продемонстрирована на Всемирная выставка в Чикаго того года. Даже после Ниагарского водопада Томсон по-прежнему считал, что постоянный ток - лучшая система.^[49]

Признавая его вклад в электрическую стандартизацию, Международная электротехническая комиссия избрал Томсона своим первым президентом на своем предварительном заседании, состоявшемся в Лондоне 26–27 июня 1906 года. "По предложению президента [г-на Александра Сименса, Великобритания], поддержанного [sic] г-ном Майлу [Институт инженеров-электриков США] ] досточтимый лорд Кельвин, G.C.V.O., О.М., был единогласно избран первым председателем комиссии », - говорится в протоколе предварительного отчета о заседании.^[50]

Возраст Земли: геология

Кельвин в карикатуре Шпион за Ярмарка Тщеславия, 1897

Кельвин оценил возраст Земли. Учитывая его юношеские работы над фигурой Земли и его интерес к теплопроводности, неудивительно, что он решил исследовать охлаждение Земли и сделать исторические выводы о возрасте Земли из своих расчетов. Томсон был креационист в широком смысле, но он не былгеолог наводнения '^[51] (мнение, которое потеряли основную научную поддержку к 1840-м годам^[52][53]). Он утверждал, что законы термодинамики действовал с момента рождения Вселенной и предусматривал динамический процесс, который видел организацию и эволюцию Солнечная система и другие конструкции, за которыми последовала постепенная «тепловая смерть». Он развил точку зрения, что Земля когда-то была слишком горячей, чтобы поддерживать жизнь, и противопоставил эту точку зрения точке зрения униформизм, что условия оставались постоянными с неопределенного прошлого. Он утверждал, что «Эта Земля, определенно умеренное количество миллионов лет назад, была раскаленным шаром…».^[54]

После публикации Чарльз Дарвин с О происхождении видов в 1859 году Томсон увидел свидетельства относительно короткого пригодного для жизни возраста Земли как тенденцию противоречить постепенному объяснению Дарвина медленного естественный отбор вызывая биологическое разнообразие. Собственные взгляды Томсона благоприятствовали версии теистическая эволюция ускоряется божественным руководством.^[55] Его расчеты показали, что Солнце не могло существовать достаточно долго, чтобы позволить медленное постепенное развитие за счет эволюция - если какой-либо источник энергии помимо того, что он или любой другой Викторианская эпоха известный человек был найден. Вскоре он был втянут в публичное несогласие с геологами,^[56] и со сторонниками Дарвина Джон Тиндалл и Т. Хаксли. В своем ответе на обращение Хаксли к Лондонскому геологическому обществу (1868 г.) он представил свою речь «О геологической динамике» (1869 г.).^[57] который, среди других его работ, поставил под сомнение мнение геологов о том, что Земля должна иметь неопределенный возраст.^[56]

Первоначальная оценка Томсоном 1864 года возраста Земли составляла от 20 до 400 миллионов лет. Эти широкие пределы были связаны с его неуверенностью в температуре плавления горных пород, к которой он приравнивал внутреннюю температуру Земли,^[58][59] а также неопределенность теплопроводности и удельной теплоемкости горных пород. С годами он уточнил свои аргументы и уменьшил верхнюю границу в десять раз, и в 1897 году Томсон, ныне лорд Кельвин, в конечном итоге пришел к оценке, согласно которой Земле 20–40 миллионов лет.^[60][61] В письме, опубликованном в Scientific American Supplement 1895, Кельвин подверг критике оценки геологов возраста горных пород и возраста Земли, включая взгляды, опубликованные Чарльз Дарвин, как "неопределенно обширный возраст".^[62]

Его исследование этой оценки можно найти в его обращении 1897 г. Институт Виктории, выданный по запросу президента института Джордж Стоукс,^[63] как записано в журнале этого института Сделки.^[64] Хотя его бывший помощник Джон Перри опубликовал в 1895 году статью, оспаривающую предположение Кельвина о низком теплопроводность внутри Земли, и, таким образом, показывая гораздо больший возраст,^[65] это не оказало немедленного воздействия. Открытие в 1903 г. радиоактивный распад выделяет тепло, что поставило оценку Кельвина под сомнение, и Эрнест Резерфорд в лекции 1904 г., на которой присутствовал Кельвин, выдвинул известный аргумент, что это обеспечивает неизвестный источник энергии, предложенный Кельвином, но оценка не была отменена до разработки в 1907 г. радиометрическое датирование скал.^[56]

Было широко распространено мнение, что открытие радиоактивности опровергло оценку Томсоном возраста Земли. Сам Томсон никогда публично не признавал этого, потому что считал, что у него есть более веский аргумент, ограничивающий возраст Солнца не более чем 20 миллионами лет. Без солнечного света не может быть объяснения записи отложений на поверхности Земли. В то время единственным известным источником солнечной энергии был гравитационный коллапс. Это было только когда термоядерный синтез В 1930-х годах было признано, что возрастной парадокс Томсона действительно разрешен.^[66]

Кельвина в круизе по Ривер Клайд на борту пароход Глен Саннокс за его 17 июня 1896 г. "юбилей "как профессор естественной философии в Глазго

Лорд Кельвин и леди Кельвин принимают норвежцев Фритьоф Нансен и Ева Нансен посещение их дома в феврале 1897 г.

Позже жизнь и смерть

Могила семьи Томсонов, Некрополь Глазго

Зимой 1860–1861 годов Кельвин поскользнулся на льду, когда вьющийся недалеко от своего дома в Незерхолле и сломал ногу, в результате чего пропустил собрание Британской ассоциации содействия развитию науки в Манчестере 1861 года и после этого хромал.^[5][67] Он оставался знаменитостью по обе стороны Атлантики до самой смерти.

Томсон оставался ревностным сторонником христианства на протяжении всей своей жизни; посещение часовни было частью его распорядка дня.^[68] Он считал, что его христианская вера поддерживает его научную работу и дает ей информацию, как видно из его выступления на ежегодном собрании Христианское общество доказательств,^[69] 23 мая 1889 г.^[70]

в Коронационные почести 1902 года список опубликован 26 июня 1902 г. (первоначальный день коронация Эдуарда VII и Александры ),^[71] Кельвин был назначен Тайный советник и один из первых участников нового Орден за заслуги (ОМ). Он получил приказ от короля 8 августа 1902 г.^[72][73] и был приведен к присяге членом совета в Букингемский дворец 11 августа 1902 г.^[74] В последние годы своей жизни он часто бывал в своем таунхаусе на Итон-плейс, 15, оф. Eaton Square в Лондоне Белгравия.^[5]

В ноябре 1907 года он простудился, и его состояние ухудшалось, пока он не умер 17 декабря в своем шотландском загородном доме Нетерхолл в Ларгсе.^[75]

По запросу Вестминстерское аббатство гробовщики Wylie & Lochhead приготовили дубовый гроб, облицованный свинцом. Темным зимним вечером кортеж отправился из Незерхолла в Железнодорожная станция Ларгс, расстояние около мили. Большие толпы стали свидетелями прохождения кортежа, владельцы магазинов закрыли свои помещения и приглушили свет. Гроб поместили в специальный Midland и Глазго и Юго-Западная железная дорога фургон. Поезд отправился в 20.30 на Килмарнок, где фургон был прикреплен к ночному экспрессу в Железнодорожная станция Сент-Панкрас В Лондоне.^[76]

Похороны Кельвина должны были состояться 23 декабря 1907 года.^[5] Гроб был доставлен из Сент-Панкрас на катафалке в Вестминстерское аббатство, где он остановился на ночь в часовне Святой Веры. На следующий день аббатство было переполнено на похороны, включая представителей Университет Глазго и Кембриджский университет вместе с представителями Франция, Италия, Германия, Австрия, Россия, Соединенные Штаты, Канада, Австралия, Япония, и Монако. Могила Кельвина находится в неф, недалеко от экран хора, и рядом с могилами Исаак Ньютон, Джон Гершель, и Чарльз Дарвин.^[77] Среди носителей гроба был сын Дарвина, сэр Джордж Дарвин.^[78]

Вернувшись в Шотландию, Университет Глазго провел поминальную службу по Кельвину в зале Бьют. Кельвин был членом Шотландская епископальная церковь, прикрепленный к Епископальной церкви Святой Колумбы в Ларгсе, а когда в Глазго - Епископальной церкви Святой Марии (сейчас Собор Святой Марии, Глазго ).^[76] Одновременно с похоронами в Вестминстерском аббатстве в епископальной церкви Св. Колумбы, Ларгс, прошла служба, на которой присутствовало большое количество людей, включая сановников из Бурга.^[79]

Уильям Томсон также увековечен на могиле семьи Томсонов в Некрополь Глазго. Рядом с семейной могилой находится второй современный памятник Уильяму, возведенный Королевское философское общество Глазго; общество, президентом которого он был в периоды 1856–1858 и 1874–1877.^[80]

Последствия и наследие

Пределы классической физики

В 1884 году Томсон возглавил мастер класс на тему «Молекулярная динамика и волновая теория света» на Университет Джона Хопкинса.^[81] Кельвин сослался на уравнение акустической волны описывая звук как волны давления в воздухе, и пытался описать также уравнение электромагнитной волны, предполагая светоносный эфир восприимчив к вибрации. В исследовательскую группу вошли Майкельсон и Морли, которые впоследствии выполнили Эксперимент Майкельсона-Морли это подрывает теорию эфира. Томсон не предоставил текст, но А. С. Хэтэуэй делал заметки и дублировал их Папирограф. Поскольку тема находилась в стадии активной разработки, Томсон внес поправки в этот текст, и в 1904 году он был набран и опубликован. Попытки Томсона предоставить механические модели в электромагнитном режиме в конечном итоге потерпели неудачу.

27 апреля 1900 г. он прочитал широко известную лекцию под названием Облака девятнадцатого века над динамической теорией тепла и света к Королевский институт.^[82][83] Два "темных облака", на которые он намекал, были путаницей в отношении того, как материя движется в эфире (включая загадочные результаты Эксперимент Майкельсона-Морли ) и признаки того, что Закон равнораспределения в статистической механике может выйти из строя. На основе этих вопросов в двадцатом веке были разработаны две основные физические теории. теория относительности; для второго, квантовая механика. Альберт Эйнштейн в 1905 г. опубликовал так называемый "Документы Annus Mirabilis ", один из которых объяснил фотоэлектрический эффект, на основе Макс Планк открытие квантов энергии, которое было основой квантовой механики, другое из которых описало специальная теория относительности, и последний из которых объяснил Броуновское движение с точки зрения статистическая механика, что является убедительным аргументом в пользу существования атомов.

Заявления, которые позже оказались ложными

Как и многие ученые, Томсон допустил несколько ошибок, предсказывая будущее технологий.

Его биограф Сильванус П. Томпсон пишет, что «Когда Рентген Об открытии рентгеновских лучей было объявлено в конце 1895 года, лорд Кельвин был настроен совершенно скептически и расценил это объявление как мистификацию. Газеты были полны чудес света Рентгена, к которым лорд Кельвин был крайне скептичен, пока сам Рентген не прислал ему копию своих воспоминаний "; 17 января 1896 года, прочитав газету и увидев фотографии, он написал Рентгену письмо говоря, что «мне не нужно говорить вам, что, когда я прочитал газету, я был очень удивлен и обрадован. Я не могу сказать больше, чем тепло поздравить вас с великим открытием, которое вы сделали »^[84] Ему предстояло сделать рентгеновский снимок руки в мае 1896 года.^[85] (Смотрите также N лучей.)

Его прогноз для практических авиация (т.е. тяжелее воздуха самолет ) был отрицательным. В 1896 году он отказался от приглашения присоединиться к Аэронавигационному обществу, написав, что «у меня нет ни малейшей доли веры в воздушную навигацию, кроме полетов на воздушном шаре или ожидания хороших результатов от любых испытаний, о которых мы слышим».^[86] А в газетном интервью 1902 года он предсказал, что «ни один воздушный шар и ни один самолет никогда не будут практически успешными».^[87]

Утверждение «Ничего нового в физике сейчас не может быть открыто. Все, что остается - это все более и более точные измерения», с 1980-х годов широко ошибочно приписывалось Кельвину, либо без ссылки, либо с указанием, что оно было сделано в обращении к Британской ассоциации. для развития науки (1900).^[88] Нет никаких доказательств того, что Кельвин сказал это,^[89][90] а цитата - это пересказ Альберт А. Михельсон, который в 1894 году заявил: «… кажется вероятным, что большинство великих основополагающих принципов были твердо установлены… Выдающийся физик заметил, что будущие истины физической науки следует искать в шестом месте после запятой».^[90] Подобные заявления были сделаны ранее другими, такими как Филипп фон Джолли.^[91] Приписывание того, что Кельвин выступал в 1900 году, вероятно, вызвано путаницей с его речью "Два облака", произнесенной Королевский институт в 1900 году (см. выше), и который, напротив, указывал на области, в которых впоследствии произошли революции.

В 1898 году Кельвин предсказал, что запасы кислорода на планете остались только на 400 лет из-за скорости горения горючих веществ.^[92][93] В своих расчетах Кельвин предположил, что фотосинтез был единственным источником свободного кислорода; он не знал всех компонентов кислородный цикл.^{[сомнительный – обсуждать]} Он не мог даже знать все источники фотосинтеза: например, цианобактерии Прохлорококк - на который приходится более половины морского фотосинтеза - не было обнаружено до 1986 года.

Эпонимы

Разнообразные физические явления и концепции, с которыми связан Томсон, называются Кельвин:

Почести

Статуя Кельвина; Ботанический сад Белфаста

• Член Королевского общества Эдинбурга, 1847.
  • Кейт Медаль, 1864.
  • Юбилейная премия Ганнинг Виктория, 1887.
  • Президент, 1873–1878, 1886–1890, 1895–1907.
• Иностранный член Шведская королевская академия наук, 1851.
• Член Королевского общества, 1851.
  • Королевская медаль, 1856.
  • Медаль Копли, 1883.
  • Президент, 1890–1895 гг.
• Достопочтенный Член Королевской коллегии наставников (Колледж учителей ), 1858.
• Достопочтенный Член Институт инженеров и судостроителей в Шотландии, 1859.^[94]
• Рыцари 1866.^[95]
• Командующий Имперским Орден Розы (Бразилия), 1873 г.
• Командующий Почетный легион (Франция), 1881 г.
  • Великий офицер Почетного легиона, 1889 год.
• Рыцарь прусского ордена Залейте Мерит, 1884.
• Командующий Орден Леопольда (Бельгия), 1890.
• Барон кельвин, из Ларгс в округ из Эр, 1892.^[96] Название происходит от Река Кельвин, который проходит по основаниям Университет Глазго. Его титул умер вместе с ним, так как у него не осталось ни наследников, ни близких родственников.
  

  Мемориал Уильяма Томсона, барона Кельвина в Kelvingrove Park рядом с университетом Глазго
• Рыцарь Большого креста Викторианского ордена, 1896.^[97]
• Почетная степень Легальный доктор (Доктор права), Йельский университет, 5 мая 1902 г.^[98]
• Один из первых участников Орден за заслуги, 1902.^[99]
• Тайный советник, 11 августа 1902 г.^[74]
• Почетная степень Доктор математики от Королевский университет Фредерика 6 сентября 1902 г., когда отмечали столетие со дня рождения математик Нильс Хенрик Абель.^[100][101]
• Первый международный получатель Медаль Джона Фрица, 1905.
• Орден I степени Священное сокровище Японии, 1901.
• Он похоронен в Вестминстерское аббатство, Лондон рядом с Исаак Ньютон.
• Память лорда Кельвина была отмечена на банкноте в 20 фунтов, выпущенной Clydesdale Bank в 1971 г .; в текущем выпуске банкнот его изображение появляется на банкноте в 100 фунтов стерлингов. Он держит свой регулируемый компас, а на заднем плане - карта трансатлантического кабеля.^[102]
• Город Кельвин, Аризона, назван в его честь, так как он, по общему мнению, был крупным инвестором в добычу полезных ископаемых.
• В 2011 году он был одним из семи инаугурационных призывников в Зал славы инженеров Шотландии.^[103]

Руки

Герб Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина

Примечания Герб лорда Кельвина состоит из:[104] Crest Прямая локтевая рука в голубом облачении, с серебряными манжетами, рука сжимает пять колосьев ржи. Розетка Аргент, голова оленя, покрытая капюшоном красного цвета, на главной лазури - собственно молния, крылатая или, между двумя шпорами, пирушка первой. Сторонники На правой стороне сидел студент Университета Глазго, держа в правой руке морской вольтметр. На зловещей стороне обитал моряк, держащий в правой руке катушку, веревку, проходящую через зловещее, и подвешенную к ней грузило звуковой машины, тоже вполне подходящее. Девиз Честность без страха.

Смотрите также

• Кельвинское зондирование
• Уравнение Кельвина
• Люди на шотландских банкнотах
• Список вещей, названных в честь лорда Кельвина
• Структура Вира – Фелана для решения Проблема Кельвина относительно разделения пространства.

Рекомендации

Кельвина

Биография, история идей и критики

внешняя ссылка

• Работы Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина в Проект Гутенберг
• О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф., "Уильям Томсон, первый барон Кельвин", Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
• Работы Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина или о нем в Интернет-архив
• Работы Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина в LibriVox (аудиокниги в общественном достоянии)
• Герои Телеграфа в Страница электронных книг
• "Лошади на Марсе", от лорда Кельвина
• Уильям Томсон: король викторианской физики в Институт Физики интернет сайт
• Измерение Абсолюта: Уильям Томсон и температура, Хасок Чанг и Сан Ук Йи (PDF файл)
• Перепечатка статей по электростатике и магнетизму (галлика)
• Молекулярная тактика кристалла (Интернет-архив )
• Котировки. Этот сборник включает источники многих цитат.
• Открытие здания Кельвина - школа Лейс, Кембридж (1893 г.)
• Библиотека Кельвина