То́мсон Уильям (Thomson) (в 1892 за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824-1907), английский физик, член (1851) и президент (1890-1895) Лондонского королевского общества, иностранный член-корреспондент (1877) и иностранный почётный член (1896) Петербургской АН. Труды по термодинамике, электрическим и магнитным явлениям, гидродинамике, теории упругости, математике и др. Дал одну из формулировок второго начала термодинамики, предложил абсолютную шкалу температур (шкала Кельвина). Экспериментально открыл ряд эффектов, названных его именем (в том числе эффект Джоуля-Томсона). Активный участник осуществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю, установил зависимость периода колебаний контура от его ёмкости и индуктивности. Изобрёл многие электроизмерительные приборы, усовершенствовал ряд мореходных инструментов. Высказал гипотезу тепловой смерти Вселенной (её ошибочность доказал Л. Больцман).
* * *
ТОМСОН Уильям - ТО́МСОН Уильям (с 1892 за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824-1907), английский физик, член (1851) и президент (1890-95) Лондонского королевского общества, иностранный член-корреспондент (1877) и иностранный почетный член (1896) Петербургской АН. Труды по многим разделам физики (термодинамика, теория электрических и магнитных явлений и др.). Дал одну из формулировок второго начала термодинамики, предложил абсолютную шкалу температур (шкала Кельвина). Экспериментально открыл ряд эффектов, названных его именем (в т. ч. эффект Джоуля - Томсона). Активный участник осуществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю, установил зависимость периода колебаний контура от его емкости и индуктивности. Изобрел многие электроизмерительные приборы, усовершенствовал ряд мореходных инструментов.
* * *
ТО́МСОН (Thomson) Уильям (известен и как барон Кельвин, лорд Кельвин, Kelvin of Largs) (26 июня 1824, Белфаст - 7 декабря 1907, имение близ г. Лэрга, графство Северный Эйршир, Шотландия; похоронен в Вестминстерском аббатстве), английский физик, один из основоположников термодинамики, многое сделавший и в других областях классической теории, с 1851 член, а в 1890-1895 - президент Лондонского королевского общества (см. ЛОНДОНСКОЕ КОРОЛЕВСКОЕ ОБЩЕСТВО), член академий наук многих стран и научных обществ.
Первые исследования
Предки Томсона были некогда ирландскими фермерами, но уже его отец стал ученым, известным математиком. Уильям учился в колледже в Глазго, а затем в 1845 г. закончил университет в Кембридже.
В 1846 двадцатидвухлетний Томсон занял кафедру теоретической физики в университете в Глазго (Шотландия), где организовал впоследствии первую физическую лабораторию и где проработал до конца жизни. Еще студентом Уильям опубликовал ряд работ по применению метода рядов Фурье (см. ФУРЬЕ РЯД) к задачам о распространении тепла в средах, обратив, в частности, внимание на аналогии между законами распространения тепла и электрического тока. Вскоре появились и его новые сочинения, в которых развивались принципы, затем плодотворно применявшиеся в теоретических работах по геологии (сам Томсон пытался использовать их для определения возраста Земли).
Математические методы, развитые при рассмотрении задач теплопроводности, оказались эффективными и в других областях. В 1845, находясь в Париже, Томсон опубликовал ряд статей по электростатике, в которых излагал предложенный им метод изображений, позволяющий радикально упростить решение некоторых задач.
Термодинамика
Термодинамика была в то время, к которому относится работы Томсона, одним из «столпов» физики, и тем примечательнее, что ему удалось внести в нее нечто принципиально новое. Речь идет о «втором начале» термодинамики. Его первая формулировка была в 1824 предложена С. Карно (см. КАРНО Сади). Томсон указал на необходимость модернизации и (независимо от Р. Клаузиуса (см. КЛАУЗИУС Рудольф Юлиус Эмануэль)) предложил новую его формулировку: «В природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершаемая за счет охлаждения теплового резервуара». Иногда это формулируется как утверждение о невозможности вечного двигателя (см. ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ) второго рода. Одним из выводов из этого явилась идея о «тепловой смерти» Вселенной: раз механическая энергия может полностью перейти в тепловую, а тепловая в механическую - нет, то, по мнению Томсона, неизбежно, в конце концов, вся энергия перейдет в тепловую и механические движения прекратятся. Эффективная критика этого вывода появилась только в работах Л. Больцмана (см. БОЛЬЦМАН Людвиг).
В 1866 Томсону был присвоен титул лорда. Фамилия лорда Кельвина увековечена в названии абсолютной шкалы температур - шкалы Кельвина (см. КЕЛЬВИНА ШКАЛА). В природе существует минимально возможная температура. По классической молекулярной физике при этой минимальной температуре - при абсолютном нуле - прекращается тепловое движение. Именно от этого абсолютного нуля и отсчитываются температуры по шкале Кельвина.
Зародившаяся под прямым влиянием техники, термодинамика всегда сохраняла с ней связь, хотя не всегда сиюмоментную. Примером тому может служить эффект, который был в 1853-54 гг. открыт Томсоном и Джоулем (см. ДЖОУЛЬ Джеймс Прескотт). Он состоит в изменении температуры при стационарном адиабатическом (т.е. при отсутствии теплообмена ) протекании газа через пористую перегородку. У одних газов при этом температура убывает, у других - возрастает; как было понято позже, это определяется тонкими деталями взаимодействия между молекулами. Этот эффект, может показаться поначалу представляющим только «академический» интерес, но он оказался важным для получения очень низких температур.
Электричество
Томсон широко применял термодинамику для объяснения и предсказания новых эффектов. В 1855 он начинает исследования явлений, называемых термоэлектрическими и строит их термодинамическую теорию. Уже сам этот термин говорит о переплетении тепловых и электрических эффектов. Некоторые из таких явлений уже были известны ранее, но были открыты и новые.
Один из таких эффектов даже был назван в честь Томсона. Он состоит в выделении или поглощении тепла при пропускании электрического тока через участки проводника, в которых имеются неоднородности температуры. Уместно подчеркнуть, что это открытие произошло задолго до того, как была понята «микроскопическая» природа электрического тока, до появления электронной теории, позволившей дать термоэлектрическим явлениям наглядное истолкование.
К работам по термоэлектричеству Томсон привлекал и студентов, что потребовало создания первой (в университете в Глазго, да и во всех других университетах) учебно-научной лаборатории. Исследования по электричеству приобрели особую актуальность после появления трансатлантического кабеля. В его работе проявились дефекты, понять и устранить причины которых без вмешательства ученых не удавалось. Томсон построил теории распространения электрических импульсов по проводам. Он первым, являясь крупнейшим специалистом по электромагнетизму, понял, какую роль играет не только сопротивление проводов, но и индуктивность (см. ИНДУКТИВНОСТЬ) и электрическая емкость всей цепи.
Им были рассмотрены электрические токи в так называемом колебательном контуре - системе из последовательно соединенного конденсатора и катушки самоиндукции. Была, в частности, выведена знаменитая формула Томсона - один из краеугольных камней сегодняшней электро- и радиотехники, согласно которой частота собственных колебаний в таком контуре пропорциональна квадратному корню из произведения индуктивности катушки на емкость конденсатора. Экспедиция по прокладке кабеля вызвала интерес Томсона к морским делам, что привело его к усовершенствованиям компаса и лота, а также к новым исследованиям по гидродинамике и теории волн.
Различные изобретения
Томсон вообще много занимался прикладными вопросами физики и проблемами экспериментальной техники. Ему принадлежит изобретение и усовершенствование таких приборов как зеркальный гальванометр, квадрантный и абсолютный электрометр и др. Его преподавательская деятельность, его книги и статьи (в частности, «Электричество» и «Теплота» в Британской энциклопедии) воспитали несколько поколений физиков и инженеров во многих странах.
Будучи признанным авторитетом в области термодинамики, Кельвин оказался причастным и к становлению молекулярно-кинетической теории. Важное место в этой теории занимает величина N, именуемая числом Авогадро (см. АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ) - число молекул в одном моле вещества. Один из путей ее экспериментального определения связан с проблемой голубого цвета неба - проблеме рассеяния света в атмосфере.
Теоретическое исследование Рэлея (см. РЭЛЕЙ Джон Уильям) привело к формуле, в которую входило N. Для его определения требовались наблюдения в горах, и после того как они были проведены группой альпинистов в Альпах в 1910 Кельвин провел нужные вычисления. Полученная оценка оказалась не очень точной (отчасти из-за плохой погоды во время измерений), но она была весьма интересной в научном отношении.
Лорд Кельвин не чурался и узко прикладных задач. Так, в числе многих других, он получил и патент на изобретение оригинального водопроводного крана.
Последние годы жизни лорда Кельвина были временем появления в физике многого принципиально нового. Эра классической физики, одним из ярчайших деятелей которой он был, близилась к завершению. Уже недалека была квантовая и релятивистская эра, и он делал шаги по направлению к ней: его живо интересовали рентгеновские лучи и радиоактивность, он выполнил расчеты по определению размеров молекул, выдвинул гипотезу о строении атомов и активно поддерживал исследования Дж. Дж. Томсона (см. ТОМСОН Джозеф Джон) в этом направлении.Высочайший научный и нравственный авторитет лорда Кельвина поставил его на одно из первых мест в физике 19 в.
ТОМСОН Уильям (Thomson, William),
лорд Кельвин (1824-1907), английский физик, один из основоположников термодинамики. Родился в Белфасте (Ирландия) 26 июня 1824. Лекции отца, профессора математики университета Глазго, начал посещать уже в 8 лет, а в 10 стал полноправным студентом. Окончив университет, в возрасте 17 лет поступил в Кембриджский университет, где специализировался по математике. После окончания университета по совету отца Томсон отправился в Париж для стажировки в лаборатории известного французского физика-экспериментатора А.Реньо. В 1846 занял кафедру естествознания в университете Глазго. Томсон заведовал кафедрой физики в течение 53 лет, а в последние годы жизни являлся президентом университета. По примеру Реньо создал при кафедре лабораторию, в которой велась как учебная, так и исследовательская работа. Научные интересы Томсона были весьма разнообразны: термодинамика, гидродинамика, электромагнетизм, теория упругости, теплота, математика, техника. Еще студентом он опубликовал несколько работ по применению рядов Фурье к различным разделам физики. Стажируясь в Париже, разработал метод решения задач электростатики, получивший название метода "зеркальных изображений" (1846). Там же ознакомился с теорией Карно, что привело его к идее об абсолютной термодинамической шкале (1848). В 1851 сформулировал (независимо от Р.Клаузиуса) 2-е начало термодинамики. Соответственно этой формулировке была доказана невозможность создания вечного двигателя. Ввел понятие диссипации энергии. В том же году обнаружил изменение электрического сопротивления ферромагнетиков при их намагничивании (эффект Томсона). Заложил основы теории электромагнитных колебаний и в 1853 вывел формулу зависимости периода собственных колебаний контура от его емкости и индуктивности (формула Томсона). Вместе с Дж.Джоулем в 1853-1854 открыл явление охлаждения газов при адиабатическом расширении (эффект Джоуля - Томсона), нашедшее широкое применение при получении низких температур. В 1856 открыл третий термодинамический эффект - эффект Томсона (первые два - возникновение термо-ЭДС и выделение теплоты Пельтье), состоявший в выделении т.н. "теплоты Томсона" при протекании тока по проводнику при наличии градиента температуры. Томсон внес большой вклад в развитие практических применений разных разделов науки, особенно исследований электричества. Был главным научным консультантом при прокладке первых трансатлантических кабелей, обеспечивавших устойчивую телеграфную связь между континентами. За руководство успешной прокладкой такого кабеля с борта судна "Грейт-Истерн" Томсон был возведен в рыцарское достоинство (1866). Сконструировал целый ряд точных электрометрических приборов: "кабельный" гальванометр, квадрантный и абсолютный электрометры, сифон-отметчик для приема телеграфных сигналов. Предложил использовать многожильные провода из медной проволоки с высокой проводимостью. Работы по прокладке трансатлантического кабеля пробудили в Томсоне интерес к навигации. Он создал усовершенствованный морской компас с компенсацией магнетизма железного корпуса судна, изобрел эхолот непрерывного действия, мареограф (прибор для регистрации уровня воды в море или реке). Известны исследования Томсона по теплопроводности, которые он пытался использовать для оценки возраста Земли, работы по теории приливов, распространению волн по поверхности, его теория вихревого движения. Томсон занимался расчетами размера молекул на основе измерения поверхностной энергии пленки жидкости. В 1870 установил зависимость упругости насыщенного пара от формы поверхности жидкости. В 1892 Томсону был пожалован титул барона. В 1896 он был избран почетным членом Санкт-Петербургской академии наук. Последние годы жизни Томсон провел в своем доме в Ларгсе (Шотландия), где и умер 17 декабря 1907.
ЛИТЕРАТУРА
Томсон У. Второе начало термодинамики. М. - Л., 1934 Мак-Дональд Д. Фарадей, Максвелл и Кельвин. М., 1967 Томсон У. Об абсолютной термометрической шкале, основанной на теории Карно о движущей силе тепла и рассчитанной из наблюдений Реньо. - В сб.: Классики физической науки. М., 1989
