Rudolf Clausius

Rudolf Julius Emanuel Klauzijus (Rudolf Julius Emanuel Clausius) (2. januara 1822. - 24. avgusta 1888.) bio je nemački fizičar i matematičar. Smatra se jednim od osnivača nauke o termodinamici ^[1]. Svojim prepravljanjem principa Sadi Karnoa, poznatog kao Karnoov ciklus, pružio je temeljniju osnovu za teoriju toplote. Njegov najvažniji rad je „O pokretnoj sili toplote「 (1850) ^[2][3]. Prvi je objavio drugi zakon termodinamike. On je uveo koncept entropije 1865. i viral^[a] teoremu o toploti 1870. godine.^[4]. Proučavajući termodinamičke procese, uveo je koncept entropije, razvio kinetičku teoriju toplote i ustanovio da je specifična toplota idealnog gasa konstantna Klauzijusov zakon.

Rudolf Julius Emanuel Klauzijus
Rođenje	(1822-01-02)2. 1. 1822. Koslin, Pomeranija, Pruska (današnji Koszalin, Poljska)
Smrt	24. augusta 1888. (dob: 66) Bon, provincija Rajna, Pruska, Nemačko carstvo
Polje	Fizika, Matematika, Termodinamika
Poznat po	-Drugi zakon termodinamike -tvorac koncepta entropije -Klauzijus-Mosoti odnos -Klauzijus-Klaperon odnos -Klauzijus-Rankineov proces -Klauzijus teorema -Klauzijus-Duhem nejednakost -Virial teorema -disgregacija
Istaknute nagrade	Gvozdeni krst (1870) Huigens medalja (1870) Coplei medalja (1879) Poncelet nagrada (1883) Orden za zasluge za umetnost i nauku (1888)

Biografija

Klauzije je rođen u Koslinu (danas Koszalin u Poljskoj) u pokrajini Pomerania u Pruskoj. Otac mu je bio protestantski pastor i školski inspektor^[5], i išao je u školu svog oca. Posle nekoliko godina, otišao je u Gimnaziju u Stetinu (sada Šečecin).

Klauzije je diplomirao na Berlinskom univerzitetu 1844. godine, gde je studirao matematiku i fiziku, sa njim su studirali i Gustav Magnus, Peter Gustav Lejžne Deriklet i Jakob Stainer. Takođe je studirao istoriju kod Leopolda fon Rankea. Tokom 1847. godine doktorirao je na Univerzitetu u Haleu o optičkim efektima u Zemljinoj atmosferi. Potom je postao profesor fizike na Kraljevskoj artiljerijskoj i inženjerskoj školi u Berlinu i Privat dozent na Berlinskom univerzitetu. 1855. postao je profesor na ETH Cirih, Švajcarskom saveznom tehnološkom institutu u Cirihu, gde je boravio do 1867. Preselio se u Vurzburg 1867. godine. a dve godine kasnije, 1869. u Bon.

Tokom Francusko-Prusog rata Klauzije je 1870. organizovao korpus hitne pomoći. Ranjen je u bitci, a svoje usluge odlikovan je Gvozdenim krstom.

Njegova supruga Adelaida Rimpham umrla je na porođaju 1875. godine, ostavivši ga da sam odgaja njihovo šestoro dece. Nastavio je da predaje, ali je zbog toga imao manje vremena za istraživanje.

Oženio se 1886. sa Sofijom Sak i sa njom je imao još jedno dete.

Umro je u Bonu u Nemačkoj, 24. avgusta 1888. godine^[6].

Rad

Clausijusova doktorska teza o refrakciji svetlosti obrazlaže da tokom dana gledamo plavo nebo i različite nijanse crvene pri izlasku i zalasku sunca zbog refleksije i refrakcije svetlosti. Kasnije bi lord Railih pokazao da je to u stvari posledica raspršenja svetlosti, ali bez obzira na to, Clausius je koristio daleko više matematički pristup nego što su neki drugi koristili.

Njegov najpoznatiji rad, (Ueber die bewegende Kraft der Wärme) „O pokretnoj snazi toplote「 ^[7], objavljen je 1850. godine i bavio se mehaničkom teorijom toplote. U ovom radu pokazao je da postoji kontradikcija između Carnotovog principa i koncepta očuvanja energije. Klauzije je drukčije izložio Prvi i drugi zakona termodinamike da bi prevazišao ovu kontradikciju. Treći zakon termodinamike razvio je Valther Nernst tokom 1906.–1912..

Klauzijusov najpoznatiji izkaz drugog termodinamičkog zakona objavljen je na nemačkom 1854^[8], i na engleskom 1856^[9].

Šablon:Navod

Tokom 1857. godine, Klausius je doprineo polju kinetičke teorije nakon što je rafinirao veoma jednostavan gas-kinetički model Augusta Kroniga koji uključuje translacione, rotacione i vibracione molekularne pokrete. U istom tom radu predstavio je koncept 'Srednjeg slobodnog puta' čestice^[10][11][12].

Klauzijus je iz termodinamike izvoditi zaključak da je odnos Klausijus-Klapeiron odnos, koji predstavlja karakteristiku faznog prelaza između dva stanja materije, kao što su čvrsta i tečna, prvobitni zaključak je razvio 1834. godine Emil Klapeiron.

Clausijus je 1870. godine dao viralnu teoremu, koja predstavlja odnos između prosečnog vremena kinetičke energije i prosečnog vremena potencijalne energije zatvorenog nepokretnog fizičkog sistema. Zbog toga je povezan sa mehanikom i zatvorenim termodinamičkim sistemom.

Klausijus je takođe uveo srednji slobodni put u fiziku, temeljni koncept statističke mehanike.

Entropija

Klausijus je 1865. dao prvu matematičku verziju koncepta entropije, i dao i mu ime^[6](. Klauzije je odabrao reč jer je značenje (od grčkog εν „u「 i τροπη „preobražaj「) „transformacija sadržaja「 ili „sadržaj transformacije「 (Verwandlungsinhalt)^[2][3]. Za entropiju je koristio napuštenu jedinicu Clausius (simbol: Cl) ^[13].

1 Klausijus (Cl) = 1 kalorija / stepen Celzijusa (cal / ° C) = 4.1868 džula po kelvinu (J / K)

${\displaystyle Cl(Clausius)={\frac {1calorija}{1stepenC}}=4,1868{\frac {Jul}{Kelvin}}}$

Orijentacioni rad iz 1865. godine u koji je uveo koncept entropije završava se sledećim kratkim pregledom prvog i drugog zakona termodinamike^[2]:

• Energija univerzuma je konstantna.
• Entropija univerzuma teži maksimumu.

Klauzijus-Rankineov proces

Klauzijus-Rankineov proces

Klauzijus-Rankineov proces^[14] je termodinamički kružni proces u kojem se iz toplotne energije dobija mehanička energija, pri čemu se kao radni medijum koristi vodena para.

U tehnici se taj proces ostvaruje u termoenergetskom postrojenju kombinacijom sledeće osnovne opreme:

• parnom mašinom ili parnom turbinom, gde se deo toplotne energije korišćenjem vodene pare pretvara u mehaničku energiju
• kondenzatorom, u kojem se para kondenzuje odvođenjem toplote, najčešće pomoću rashladne vode
• napojnom pumpom, kojom se kondenzat ponovno vraća u generator pare

Klausijus-Klaperon jednačina

Klausijus-Klapeiron jednačina jedna je od osnovnih termodinamičkih jednačina koja opisuje izotermalne fazne prelaze tipa 1 (na primer, topljenje ili isparavanje).

Tipični fazni dijagram temperature i pritiska . Klausius-Clapeironova jednačina može se koristiti za utvrđivanje odnosa temperature i pritiska na granicama faza

Ako je:

• ${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}}$ stepen krive promene stanja,
• ${\displaystyle \Delta H}$ latentna entalpija promene stanja,
• ${\displaystyle (V_{2}+V_{1})}$ odgovarajući volumeni 2 faze, a
• ${\displaystyle T}$ termodinamička temperatura na kojoj se promena zbiva,

jednačina glasi:

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}={\frac {\Delta H}{(V_{2}+V_{1})\,T}}}$

Fazni prelazi

Fazni prelazi su promene stanja određene faze (elementarne, jedinjenja, eutektike, periferne itd.), pri promeni temperature. Sledeća fazni prelazi su različiti:

• fazni prelazi tipa 1, u kojima su slobodne entalpijske ravnoteže u obe faze jednake po vrednosti, ali se istovremeno entropija i zapremina dramatično menjaju. Prelazi faze 1 uključuju, na primer, topljenje, isparavanje i sublimaciju.
• fazni prelazi tipa 2 čija se entalpija, entropija ili zapremina ne menjaju u ravnoteži. U fazne prelaze tipa 2, gde na primer, materije gube svoja feromagnetna svojstva, superprovodljivost, procese razgradnje i formiranja intermetalnih jedinjenja u čvrstoj fazi.

Priznanja

• Počasno članstvo u instituciji inženjera i brodograditelja u Škotskoj 1859. godine. IESIS
• Gvozdeni krst 1870. godine
• Član Kraljevskog društva Londona 1868.
• Medalja Coplei dobio je 1879. godine.
• Član Kraljevske Švedske akademije nauka 1878.
• Huigens-ova medalja 1870. godine
• Strani član Nacionalna akademija u Lincei u Rimu 1880
• Član Nemačke akademije nauka Leopoldina 1880. godine
• Poncelet nagrada 1883.
• Počasni doktorat na Univerzitetu u Vurzburgu 1882. godine.
• Strani član Akademije nauka i nauka Kraljevine Holandije 1886.
• Orden za zasluge za umetnost i nauku 1888
• Lunarni krater Klausius (krater) koji je dobio ime u njegovu čast.
• Spomen obeležje u njegovom rodnom gradu Koszalin 2009. godine

Bibliografija

• Clausius, R. (1867). The Mechanical Theory of Heat – with its Applications to the Steam Engine and to Physical Properties of Bodies. London: John van Voorst. »editions:PwR_Sbkwa8IC.« English translations of nine papers.

Povezano

• Prvi princip termodinamike
• Drugi princip termodinamike

Napomene

1. Reč virial potiče od vis , latinske reči za "silu" ili "energiju", a tehničku definiciju dao je 1870. godine Rudolf Klausius()