Дефекты кристаллических решеток

Симметрии сложных решеток.

Примитивные пространственные решетки, из которых состоит сложная кристаллическая решетка, могут существенно отличаться от нее своей симметрией. Кроме того, могут добавиться новые виды симметрии, в частности: Винтовой осью n-го порядка называется прямая, при повороте вокруг которой на угол и одновременном смещении вдоль нее решетка совмещается сама с собой. Винтовые оси могут быть левыми и правыми. Плоскостью зеркального скольжения называется такая плоскость, при отражении в которой и одновременном смещении на определенное расстояние в направлении, параллельном этой плоскости, решетка совмещается сама с собой.

Е. С. Федоров показал, что может существовать 230 различных пространственных групп. Из них 177 найдено в кристаллах. Взависимости от симметрии решетки Браве кристаллические решетки можно разбить на классы. Всего существует семь типов кристаллических систем: кубическая –,; б) тетрагональная –,; в) гексагональная –,,; г) ромбоэдрическая –,,; д) ромбическая –,; е) моноклинная –,; ж) триклинная –,. Необходимо учесть гранецентрированные решетки (в середине граней имеется узел), и объемоцентрированные решетки, поэтому всего имеется 14 типов кристаллических решеток.

В качестве систем координат, в которых задается положение атомов решетки, берут прямолинейные системы координат, оси которых совпадают с ребрами параллелепипеда Браве. Поэтомы коородинаты узлов выражаются целыми числами. Такие системы координат называются кристаллографическими. Существуют прямоугольные системы координат (кубические, тетрагональные и ромбические кристаллы) и косоугольные (в остальных). В гексагональных кристаллах между осями x и y угол 120°, а ось z перпендикулярна осям x и y. В моноклинных системах ось z так же перпендикулярна плоскости xy.

Выбрав в кристаллах три каких-либо атомов, через них можно провести плоскость. Координаты этих атомов выражаются целыми числами в единицах. Поэтому уравнение этой плоскости можно записать в виде, где h, k, l – целые числа, не имеющие общего множителя. Величины h, k, l называются миллеровскими индексами и записыватся в виде. Если индекс отрицательный, то над ним ставится знак минус. Направление перпендикулярной данной плоскости обозначается теми же числами, но в квадратных скобках.

Дефекты кристаллических решеток – это всякие отклонения от строгой периодичности, которой определяется данная кристаллическая решетка.

Их можно подразделить на макроскопические и микроскопические. К макроскопическим дефектам относятся поры, трещины, инородные макроскопические включения и пр. Ко вторым относят микроскопические отклонения от периодичности, которые могут быть точечными и линейными.

Наиболее простыми микроскопическими дефектами являются точечные дефекты. К ним относятся: 1) отсутствие атома в каком – либо узле решетки, 2) замена «своего атома» решетки каким – либо другим «чужим» атомом, 3) внедрение своего или чужого атома в межузельное пространство.

Вакансии – это когда в узле отсутствует атом.

Замещение – в узле кристаллической решетки находится атом другого сорта.

Внедрение –атом находится там, где его быть не должно, т.е. в между узельном пространстве.

Все эти дефекты нарушают ближний порядок в кристаллах, не затрагивая дальний.

Линейные дефекты нарушают дальний порядок, например,

Дислокация – это специфические линейные дефекты кристаллической решетки, нарушающие правильное чередование атомных плоскостей. Различают два главных типа дислокаций: краевую и винтовую.

Краевая дислокация – сводится к появлению лишней атомной плоскости, как бы сдвинутой.

Винтовая дислокация – образуется в результате скольжения двух атомных полуплоскостей на один период относительно друг друга, начиная с некоторой линии.

Оглавление

Список учебников. 2

Раздел I Термодинамика. 2

1.1 Термодинамика и статистическая физика. Основные понятия термодинамики. 2

1.2 Термодинамика и статистическая физика – основные особенности. 2

1.3 Некоторые понятия термодинамики. 4

Лекция 2 Термодинамическое равновесие. Температура и её измерение. 7

2.1 Температура и термодинамическое равновесие. 7

2.2 Температура и её измерение. 8

2.3 Термометры и температурные шкалы.. 9

Лекция 3 Внутренняя энергия и формы обмена энергией. Уравнения состояния. 12

3.1 Внутренняя энергия. 12

3.2 Формы обмена энергией. 12

3.3 Координаты состояния и потенциалы взаимодействия. 13

3.4 Термические и калорические уравнения состояния. 14

Лекция 4 I начало термодинамики. Теплоёмкость. 17

4.1 I начало термодинамики. 17

4.2 Теплоёмкость. 17

4.3 Закон Джоуля. Внутренняя энергия идеального газа. 18

4.4 Процессы в термодинамике. 18

Лекция 5 II начало термодинамики. 22

5.1 Обратимые и необратимые процессы. 22

5.2 Общие замечания о II начале термодинамики. 22

5.3 Циклы. 24

Лекция 6 Цикл Карно. Энтропия. 26

6.1 Цикл Карно. 26

6.2 Термодинамическая шкала температур. 27

6.3 Приведённое количество теплоты. Энтропия. 27

6.4 Принцип адиабатической недостижимости Каратеодори. 28

6.5 Вычисление изменения энтропии идеального газа в различных обратимых процессах. 28

6.6 TS – диаграмма. 29

6.7 Политропные процессы на TS – диаграмме (См. рис.) 29

6.8 Цикл Карно на TS – диаграмме. II теорема Карно. 29

Лекция 7 Возрастание энтропии. Второе начало термодинамики. 30

7.1 Принцип возрастания энтрорпии. 30

7.2 Энтропия изолированной системы и «деградация» энергии. 31

7.3 Современная формулировка второго начала термодинамики. 32

7.4 Термодинамические потенциалы. 32

Лекция 8 Методы термодинаки. Третье начало термодинамики. 36

8.1 Методы термодинамики. 36

8.2 Третье начало термодинамики и его следствия. 37

8.3 Следствия 3 начала термодинамики. 38

Лекция 9 Вычисление энтропии идеального газа. Парадокс Гиббса. Равновесие термодинамических систем. 40

9.1 Энтропия идеального газа. 40

9.2 Теорема Гиббса. Парадокс Гиббса. 40

9.3 Максимальная работа и свободная энергия. 41

9.4 Равновесие термодинамической системы. 42

9.5 Термодинамические неравенства. 43

9.6 Принцип Ле – Шателье – Брауна. 45

Раздел II Молекулярно кинетическая теория. 46

Лекция 10 Молекулярно-кинетический смыслы давления и температуры.. 46

10.1 Молекулярно-кинетическая теория. 46

10.2 Опыт Штерна. 46

10.3 Молекулярно-кинетический смысл давления. 46

10.4 Молекулярно кинетический смысл температуры. 48

Лекция 11 Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Теплоемкость. 50

11.1 Энергетическая температура. 50

11.2 Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. 50

11.3 Классическая теория теплоемкости идеальных газов. 52

11.4 Недостатки классической теории теплоемкостей. 54

Лекция 12 Распределения Больцмана и Максвелла. 56

12.1 Распределение Больцмана. 56

12.2 Распределение молекул по скоростям. 56

12.3 Характерные скорости молекул. 58

Лекция 13 Вероятностный характер законов статистической физики и термодинамики. 61

13.1 Понятие о вероятности. 61

13.2 Распределение вероятностей. 62

13.3 Средние значения. 64

13.4 Вероятность и необратимость. 65

Лекция 14 Энтропия и вероятность. 68

14.1 Биноминальное распределение. 68

14.2 Энтропия и вероятность состояния. 68

14.3 Демон Максвелла. 70

14.4 Энтропия и тепловая смерть вселенной. 70

14.5 Энтропия и информация. 72

Лекция 15 Явление переноса. 75

15.1 Среднее число столкновений в единицу времени. Средняя длина свободного пробега. 75

15.2 Эффективное поперечное сечение частицы и вероятность. 76

15.3 Распределение молекул по длинам свободного пробега. 76

15.4 Явление переноса. 77

15.5 Нестационарная теплопроводность. 79

Лекция 16 Флуктуации. Броуновское движение. 80

16.1 Понятие флуктуации. 80

16.2 Флуктуации плотности идеального газа. 81

16.3 Флуктуации энергии. 81

16.4 Броуновское движение. 82

16.5 Вращательное Броуновское движение. 83

16.6 Броуновское движение как процесс диффузии. 85

Лекция 17 Вакуум. Явления в разреженных газах. 86

17.1 Вакуум. 86

17.2 Эффузия разреженного газа. 87

17.3 Молекулярное течение газа при малых давлениях в цилиндрической трубе 88

17.4 Вакуумные насосы. 88

Лекция 18 Газ Ван дер Ваальса. 90

18.1 Силы связи в молекулах. 90

18.2 Силы Ван дер Ваальса. 90

18.3 Потенциал межмолекулярного взаимодействия. 91

18.4 Отличие газов от жидкостей и твердых тел. 92

18.5 Уравнение Ван дер Ваальса. 92

18.6 Температура Бойля. 94

18.7 Изотермы Ван дер Ваальса. 94

Лекция 19 Изотермы реального газа. Явление Джоуля – Томсона. 96

19.1 Изотермы реального газа. 96

19.2 Отклонение газа Ван дер Ваальса от реального. 97

19.3 Энтропия и внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса. 97

19.4 Свойства веществ в критическом состоянии. Определение критических параметров. Способ Эндрюса. Метод исчезновения мениска. Дифференциальный денсиметр. 98

19.5 Эффект Джоуля – Томсона. 98

19.6 Эффект Джоуля – Томсона для газа Ван дер Ваальса. 99

Лекция 20 Свойства веществ при низких температурах. 101

20.1 Низкие температуры. Методы получения низких температур. 101

20.2 Свойства веществ при низких температурах. 102

20.3 Гелий при низких температурах. 103

Лекция 21 Поверхностное натяжение. 105

21.1 Поверхностное натяжение. 105

21.2 Термодинамика поверхностного натяжения. 106

21.3 Краевые углы. Смачивание. 106

21.4 Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Поднятие и опускание жидкости в капилляре. 107

Лекция 22 Фазы и фазовые превращения. 108

22.1 Фазы и фазовые превращения. 108

22.2 Условие равновесия фаз химически однородного вещества. 108

22.3 Зависимость давления насыщенного пара от температуры. 109

22.4 Теплоемкость насыщенного пара. 109

22.5 Тройная точка. 109

22.6 Фазовые превращения первого и второго рода. 109

Лекция 23 Метастабильные состояния. 109

23.1 Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности равновесия. 109

23.2 Кипение жидкостей. 109

23.3 Метастабильные состояния. 109

Лекция 24 Симметрия и строение кристаллов. 109

24.1 Кристаллические решетки. 109

24.2 Симметрии сложных решеток. 109

24.3 Дефекты кристаллических решеток. 109

Раздел III Фамильный указатель. 109

Раздел III Фамильный указатель

[1] от лат. status – состояние, в данном случае используется в значении – статистика – «количественный учет массовых явлений»

[2] Названа термодинамика от греческих слов «терме» и «динамис». Первое слово означает «теплота», вторым словом раньше выражали как силу, так и работу. Впервые это сочетание появилось 1854 в статье Томсона (лорда Кельвина), и в переводе означало «теплота-работа». Именно так и следует понимать это название.

[3] Температура (лат temperatura – надлежащее смешение, нормальное состояние).

[4] Энергия у древних греков означало «деятельность»

[i] Цельсий Андерс (1701–1744), шведский астроном и физик. Родился 27 ноября 1701 в Упсале. Окончил Упсальский университет и с 1730 до конца жизни был профессором этого университета. При его участии была организована Упсальская обсерватория, директором которой он стал в 1740. В 1733 Цельсий обнародовал данные наблюдений северного сияния, полученных им самим и другими астрономами в период с 1716 по 1732. В 1733 принимал участие в экспедиции, целью которой была проверка гипотезы И.Ньютона о том, что Земля сплющена у полюсов. В 1742 опубликовал работу с описанием стоградусной шкалы термометра, в которой температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении была принята за 0°, а температура таяния льда – за 100°. Позже шведский биолог К.Линней «перевернул» эту шкалу, приняв за 0° температуру таяния льда. Этой шкалой мы пользуемся до сих пор, называя ее шкалой Цельсия. Умер Цельсий в Упсале 25 апреля 1744.

[ii] Даниэль Габриэль Фаренгейт (24.05.1686 - 16.09.1736) - немецкий физик. Родился в Данциге (ныне Гданьск). С 1707 года путешествовал по Германии, приобрел профессию изготовителя различных инструментов. В 1717 году переехал в Амстердам, где утвердился как мастер по изготовлению инструментов и приборов. Большую часть своей жизни прожил в Голландии. Фаренгейт встречался и переписывался с ведущими учеными своего времени, в частности с П. Мушенбруком, В. Гравезандом и др. Организовал механическую мастерскую, в которой изготавливал термометры, барометры, ареометры и другие физические и астрономические инструменты. В 1709 году изготовил спиртовой термометр, в 1714 году - ртутный. Предложил (1710 или 1714) температурную шкалу (шкала Фаренгейта), в которой температурный интервал между точками таяния льда и кипения воды был разделен на 180 частей (градусов) и точке таяния льда отвечало значение 32oF, а точке кипения воды - 212oF. Термометры Фаренгейта были первыми практически пригодными термометрами. Фаренгейт исследовал явление переохлаждения воды (1721) и зависимость температуры кипения жидкости от давления и содержания растворенных в ней солей. Сконструировал термометр, дающий возможность по данным точки кипения находить давление. Определял температуру смеси горячей и холодной воды. Усовершенствовал весовой ареометр, составил таблицы удельных весов тел (1724). Член Лондонского Королевского общества (1724).

[iii] Рене Антуан Реомюр (28.2.1683, Ла-Рошель, — 17.10.1757, замок Бермондьер, Мен), французский естествоиспытатель, член Парижской АН (1708). Основные труды в области физики, зоологии и др. В 1730 году описал изобретённый им спиртовой термометр, шкала которого определялась точками кипения и замерзания воды и была разделена на 80 градусов. В области зоологии осветил вопросы биологии общественных насекомых и тлей, отношения насекомых к растениям; уточнил функции особей пчелиной семьи.

[iv] Роберт Бойль (Boyle) (25.1.1627, Лисмор, Ирландия, - 31.12.1691, Лондон), английский химик и физик. Учился в Итоне. Сначала занимался религиозными и философскими вопросами, затем (с 1654 года), переселившись в Оксфорд, принял участие в работах научного общества (прозванного "невидимой коллегией", так как оно собиралось то в Оксфорде, то в Лондоне) и обратился к исследованиям в области химии и физики. В 1665 году получил степень почётного доктора физики Оксфордского университета. В 1668 году обосновался в Лондоне, где в 1680 году был избран президентом Королевского общества (организованного в 1663 году на основе "невидимой коллегии"), но отказался от этой должности. В книге "Химик-скептик" (вышедшей в 1661 году анонимно) Бойль доказывает, что химия должна стать самостоятельной наукой, а не заниматься попытками превращения неблагородных металлов в золото, а также поисками способов приготовления лекарств. Он отвергает и учение о четырёх стихиях (огне, воздухе, воде и земле), и учение Парацельса о трёх началах (сере, ртути и соли), из которых якобы состоят все природные тела. Элементами Бойль считал простые тела, которые не могут быть приготовлены из других тел. В своих экспериментальных исследованиях Бойль широко применял и качественные, и количественные методы. Так, исследуя состав минеральных вод (1684-1685), он пользовался отваром чернильных орешков для открытия железа, аммиаком для открытия меди, растительными красками для установления кислой или щелочной реакции, отмечал вкус вод и измерял их плотность. Описывая свойства фосфора (полученного Бойлем в 1680 году независимо от других химиков), Бойль указывал его цвет, запах, плотность, способность светиться, его отношение к растворителям. Бойль часто пользовался весами, хотя и небольшой точности (от 1 до 0,5 грана, т. е. от 60 до 30 мг). Особенно известны его опыты обжигания металлов в запаянных сосудах (опубликованы в 1673 году). Бойль взвешивал реторты с металлом до обжигания; после обжигания он вновь производил взвешивание, предварительно отломав запаянную шейку. При этом всегда наблюдался привес, который Бойль ошибочно объяснил тем, что "корпускулы огня" проникают сквозь стекло и поглощаются металлом. В 1756 году М. В. Ломоносов показал, что вес сосуда, в котором запаян металл, не изменяется после обжигания, остаётся постоянным. В 1774 году А. Л. Лавуазье подтвердил этот вывод и сверх того доказал, что металлы при обжигании соединяются с кислородом воздуха и поэтому происходит увеличение веса. Бойль только начал преобразование химии в науку. Этот процесс завершился во 2-й половине 18 - начале 19 веков благодаря трудам Ломоносова, Лавуазье и Дальтона. Тем не менее исторические заслуги Бойля, который сформулировал первое научное определение понятия химического элемента, ввёл в химию экспериментальный метод, положил начало химическому анализу мокрым путём и признал химию самостоятельной наукой, совершенно несомненны. Бойлю принадлежат фундаментальные работы по физике. В 1662 году Бойль совместно с Р. Тоунлеем установил зависимость объёма одной и той же массы воздуха от давления при неизменной температуре (закон Бойля-Мариотта). Мировоззрение Бойля сложно и противоречиво. Будучи сторонником атомизма П. Гассенди, опиравшегося на учение Эпикура, Бойль, однако, боялся подорвать этим учением догматы религии. Отстаивая принципы механицизма, он отрицал объективное существование качественных различий и сводил всё многообразие явлений к различиям в числе, пространственной группировке и к механическому движению первичных бескачественных корпускул (атомов), различающихся лишь размером и формой. В объяснении свойства вещей Бойль опирался на выдвинутую Дж. Локком концепцию первичных и вторичных качеств. Своё механистическое мировоззрение Бойль изложил в сочинении "Происхождение форм и качеств согласно корпускулярной философии" (1666). Обнаруживая непоследовательность механистического материализма, его неспособность найти в самой материи источник всех её изменений природы, Бойль пытался найти выход в религиозном мировоззрении.

[v] Гильом Амонтон (31.8.1663 - 11.10.1705) - французский физик, член Парижской Академии наук (1699). Родился в Париже. Изучал самостоятельно физику, математику, прикладную и небесную механику, архитектуру. Был почти глухой. Работы в области механики, термометрии, молекулярной физики. Проводил наблюдения за газами, занимался усовершенствованием физических приборов, главным образом гигрометров, барометров и термометров. Сконструировал гигрометр (1687), нертутный барометр (1695), воздушный термометр и (1702) барометр с U-образной трубкой, используемый на кораблях. В 1702 году Амонтон установил постоянную термометрическую точку - точку кипения воды, нашел прямую пропорциональную зависимость между температурой и давлением газа, установил связь между плотностью воздуха и его давлением. Измерял расширение воздуха от нагревания. Используя барометр как альтиметр, пытался проверить справедливость закона Бойля-Мариотта при низких давлениях. Предложил способ градуировки спиртового термометра. Амонтон подразумевал (1703) существование абсолютного нуля температуры. Изучал трение, открыл (1699) законы внешнего трения твердых тел. Усовершенствовал (1703) пирометр.

[vi] Жозеф Луи Гей-Люссак (Gay-Lussac) (6.12.1778, Сен-Леонар, - 9.5.1850, Париж), французский химик и физик, член АН в Париже (1806). В 1800 году окончил Политехническую школу в Париже. Ученик К. Бертолле. С 1809 года профессор химии в Политехнической школе и профессор физики в Сорбонне (Париж), с 1832 года профессор химии в Парижском ботаническом саду. В 1831-1839 годах член палаты депутатов, где выступал только по научным и техническим вопросам. В 1815-1850 годах редактировал совместно с Араго французский журнал "Annales de chimie et de physique". Иностранный почётный член Петербургской АН (1826). В 1802 году, независимо от Дальтона, Гей-Люссак открыл закон теплового расширения газов (законы Гей-Люссака). После полёта Я. Д. Захарова на воздушном шаре с научной целью (30.6.1804) Гей-Люссак совершил два таких же полёта (24.8.1804 - вместе с Ж. Био, 16.9.1804). Во время 2-го полёта Гей-Люссак обнаружил, что на высоте около 7000 м интенсивность земного магнетизма заметно не изменяется, и установил, что воздух имеет тот же состав, что и у поверхности Земли. В 1808 году Гей-Люссак открыл закон объёмных отношений при реакциях между газами. В том же году Гей-Люссак и Л. Тенар разработали способ получения калия и натрия сильным нагреванием едкого кали или едкого натра с железными стружками; нагреванием борного ангидрида с калием выделили свободный (нечистый) бор. Они же доказали элементарную природу хлора (1808), калия и натрия (1810). В 1813-1814 годах Гей-Люссак одновременно с Г. Дэви показал, что иод - химический элемент, очень похожий на хлор, и получил соединения иода, в частности иодистый водород. Приготовив чистую синильную кислоту (1811), Гей-Люссак в 1815 году признал её водородным соединением сложного радикала циана. Нагреванием цианистой ртути он получил в том же году циан (дициан). К этому времени было установлено существование бескислородных кислот, которые Гей-Люссак предложил называть водородными кислотами. Одновременно с Берцелиусом и И. Дёберейнером усовершенствовал органический элементарный анализ (1815), применив окись меди для сжигания органических веществ. В 1819 году Гей-Люссак построил на основании своих определений первые диаграммы растворимости солей в воде и подметил существование двух отдельных кривых растворимости для безводного сульфата натрия и его десятиводного гидрата. В 1824-1832 годах усовершенствовал методы титрования (алкалиметрию, ацидиметрию и хлорометрию). В 1827 году Гей-Люссак изобрёл башню для улавливания окислов азота, выходящих из свинцовых камер при производстве серной кислоты. Башни, носящие его имя, впервые применены в 1842 году.

[vii] Уильям Томсон (Thomson), лорд Кельвин (Kelvin) (26.6.1824, Белфаст, - 17.12.1907, Ларгс, близ Глазго; похоронен в Лондоне), английский физик, один из основателей термодинамики и кинетической теории газов, член Лондонского королевского общества (с 1851 года, в 1890-1895 годах президент). В 1834-1845 годах учился в университетах Глазго и Кембриджа. В 1845-1846 годах работал в Париже у А. В. Реньо; в 1846-1899 годах профессор университета в Глазго. В 1892 году за научные заслуги получил титул лорда Кельвина. Ещё студентом Томсон опубликовал ряд работ по приложению рядов Фурье к различным разделам физики. В 1845 году он разработал электрический метод получения изображений, затем под влиянием Дж. П. Джоуля занялся фундаментальными проблемами теории теплоты, предложил абсолютную шкалу температур (1848), дал одну из формулировок второго начала термодинамики (1851) и ввёл понятие рассеяния энергии. Высказал гипотезу "тепловой смерти" Вселенной. В 1851 году обнаружил изменение электрического сопротивления ферромагнетиков при их намагничивании (Томсона эффект в ферромагнетиках). В 1853-1854 годах совместно с Джоулем открыл эффект охлаждения газа при его адиабатическом расширении (эффект Джоуля - Томсона), а также развил термодинамическую теорию термоэлектрических явлений и в 1856 году предсказал явление переноса тепла электрическим током (термоэлектрический эффект Томсона). В связи с проблемой осуществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю разрабатывал теорию электромагнитных колебаний и вывел формулу зависимости периода колебаний контура от его ёмкости и индуктивности (формула Томсона). Большое значение в формировании атомистических представлений имел произведённый Томсоном расчёт размеров молекул на основе измерений поверхностной энергии плёнки жидкости. В 1870 году установил зависимость упругости насыщенного пара от формы поверхности жидкости. Занимался также различными вопросами гидродинамики (теория приливов, распространение волн по поверхности), астрофизики (теория происхождения зодиакального света), геофизики (теория охлаждения земного шара) и т.д. Разрабатывая теорию вихревого движения, Томсон вывел теорему о сохранении циркуляции в идеальной жидкости. Сконструировал сифон-отметчик, квадрантный и абсолютный электрометры и др. физические приборы; усовершенствовал зеркальный гальванометр, магнитный компас и т.д. Почётный член Петербургской АН (1896; член-корреспондент. 1877).

[viii] ГИББС (Gibbs), Джозайя Уиллард. 11 февраля 1839 г. – 28 апреля 1903 г. Американский физик и математик Джозайя Уиллард Гиббс родился в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. Он окончил Йельский университет, где его успехи в греческом, латыни и математике были отмечены призами и премиями. В 1863 г. Гиббс получил степень доктора философии и стал преподавателем университета; первые два года преподавал латынь и лишь затем – математику. В 1866–1869 гг. Гиббс продолжил образование в Сорбонне и Коллеж де Франс в Париже, в Берлинском и Гейдельбергском университетах. После возвращения в Нью-Хейвен возглавил кафедру математической физики Йельского университета и занимал её до конца жизни. Первую работу в области термодинамики Гиббс представил Коннектикутской академии наук в 1872 г. Она называлась «Графические методы в термодинамике жидкостей» и была посвящена методу энтропийных диаграмм. Метод позволял графически представить все термодинамические свойства вещества и сыграл большую роль в технической термодинамике. Гиббс развил свои идеи в следующей работе – «Методы геометрического представления термодинамических свойств веществ при помощи поверхностей» (1873), введя трёхмерные диаграммы состояния и получив соотношение между внутренней энергией системы, энтропией и объемом. В 1874–1878 Гиббс опубликовал трактат «О равновесии гетерогенных веществ», идеи которого легли в основу химической термодинамики. В нем Гиббс изложил общую теорию термодинамического равновесия и метод термодинамических потенциалов, сформулировал правило фаз (ныне носящее его имя), построил общую теорию поверхностных и электрохимических явлений, обобщил принцип энтропии, применяя второе начало термодинамики к широкому кругу процессов и вывел фундаментальное уравнение, устанавливающее связь между внутренней энергией термодинамической системы и термодинамическими потенциалами. Полученные им уравнения позволяли определять направление химических реакций и условия равновесия для смесей любой сложности, а также для гетерогенных систем. Работы Гиббса по термодинамике были почти неизвестны в Европе до 1892 г. Одним из первых оценил значение его графических методов Джеймс Клерк Максвелл, который построил несколько моделей термодинамических поверхностей для воды. В 1880-х годах Гиббс увлекся работами У.Гамильтона по кватернионам и алгебраическими работами Г.Грассмана. Развивая их идеи, создал векторный анализ в его современном виде. В 1902 г. работой «Основные принципы статистической механики» Гиббс завершил создание классической статистической физики. С его именем связаны такие понятия, как «парадокс Гиббса», «каноническое, микроканоническое и большое каноническое распределения Гиббса», «адсорбционное уравнение Гиббса», «уравнение Гиббса – Дюгема» и др. В трудах Гиббса проявились замечательно точная логика и тщательность в отделке результатов. В его работах до сих пор не обнаружено ни одной ошибки, все его идеи сохранились в современной науке. В 1880 г. Гиббс был избран членом Американской академии искусств и наук в Бостоне. Был также членом Лондонского королевского общества; награжден медалью Копли, медалью Румфорда.

[ix] Джон Дальтон (6.9.1766 - 27.7.1844) - английский химик и физик, член Лондонского королевского общества (1822). Родился в Иглсфилде (Кумберленд). Образование получил самостоятельно. В 1781-1793 годах - учитель математики в школе в Кендале, с 1793 года преподавал физику и математику в Новом колледже в Манчестере. Основные научные исследования до 1800-1803 годов относятся к физике, более поздние - к химии. Проводил (с 1787 года) метеорологические наблюдения, исследовал цвет неба, природу тепла, преломление и отражение света. В результате создал теорию испарения и смешения газов. Описал (1794) дефект зрения, названный дальтонизмом. Открыл три закона, составивших сущность его физической атомистики газовых смесей: парциальных давлений газов (1801), зависимости расширения газов при постоянном давлении от температуры (1802, независимо от Ж. Л. Гей-Люссака) и зависимости растворимости газов от их парциальных давлений (1803). Эти работы привели его к решению химической проблемы соотношения состава и строения веществ. Выдвинул и обосновал (1803-1804) теорию атомного строения, или химическую атомистику, объяснившую эмпирический закон постоянства состава. Теоретически предсказал и открыл (1803) закон кратных отношений: если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа. Составил (1803) первую таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода. Предложил (1804) систему химических знаков для "простых" и "сложных" атомов. Проводил (с 1808 года) работы, направленные на уточнение отдельных положений и разъяснение сущности атомистической теории. Автор труда "Новая система химической философии" (1808-1810), пользующегося всемирной известностью. Член многих академий наук и научных обществ.

[x] Майер (von Mayer), Юлиус Роберт 25 ноября 1814 г. – 20 марта 1878 г. Немецкий врач и физик Юлиус Роберт фон Майер родился в Хейльбронне в семье аптекаря. Получив медицинское образование, он несколько месяцев работал в клиниках Парижа, после чего отправился на голландском корабле «Ява» в качестве корабельного врача на о. Ява. В течение годичного плавания (1840–1841 гг.) врач Майер пришел к своему великому открытию. По его словам, на этот вывод его натолкнули наблюдения над изменением цвета крови у людей в тропиках. Производя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер заметил, что «кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что я попал на артерию». Он сделал отсюда вывод, что «температурная разница между собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в количественном соотношении с разницей в цвете обоих видов крови, т.е. артериальной и венозной... Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме». Во времена Майера было распространено учение о жизненной силе организма (витализм): живой организм действует благодаря наличию в нём особой жизненной силы. Тем самым физиологические процессы исключались из сферы физических и химических законов и обусловливались таинственной жизненной силой. Майер своим наблюдением показал, что организм управляется естественными физико-химическими законами, и прежде всего законом сохранения и превращения энергии. Вернувшись из путешествия, он тут же написал статью под заглавием «О количественном и качественном определении сил», которую направил 16 июня 1841 г. в журнал «Анналы...» И. Поггендорфу. В этой работе Майера, несмотря на некоторые несообразности, содержится вполне определённая и ясная формулировка закона сохранения и превращения силы, т. е. энергии. Поггендорф, однако, не напечатал статью и не вернул её автору, она пролежала в его письменном столе 36 лет, где и была обнаружена после смерти Поггендорфа и опубликовали в 1881 году. В 1842 г. Майер публикует другую статью в журнале «Анналы химии и фармации». Эта работа Майера по праву считается основополагающей в истории закона сохранения и превращения энергии. Особенно важна идея Майера о качественном превращении сил (энергии) при их количественном сохранении. Майер подробно анализирует всевозможные формы превращения энергии в брошюре «Органическое движение в его связи с обменом вещества», вышедшей в Гейльбронне в 1845 г. Майер сначала думал опубликовать свою статью в тех же «Анналах химии и фармации», но их редактор Ю. Либих, сославшись на перегрузку журнала химическими статьями, посоветовал переслать статью в «Анналы» Поггендорфа. Майер, понимая, что Поггендорф поступит с ней так же, как со статьей 1841 г., решил опубликовать статью брошюрой за свой счет. В своей брошюре Майер подробно подсчитывает механический эквивалент теплоты; он приводит данные по теплотворной способности углерода и обращает внимание на низкий коэффициент полезного действия тепловых машин, максимальное значение которого в современных ему машинах составляло 5–6%, а в локомотивах не достигало и одного процента. Рассматривая электризацию трением и действие электрофора, Майер указывает, что здесь «механический эффект превращается в электричество». Он делает вывод: затрата механического эффекта вызывает как электрическое, так и магнетическое напряжение. В заключение своего анализа Майер останавливается на «химической силе». Интересно, что вопрос о химической энергии у него сочетается с вопросом об энергетике солнечной системы. Он указывает, что поток солнечной энергии (силы), являющийся и на нашу Землю, «есть та непрестанно заводящаяся пружина, которая поддерживает в состоянии движения механизм всех происходящих на Земле деятельностей». Майер закончил развитие своих идей к 1848 г., когда в брошюре «Динамика неба в популярном изложении» он поставил и сделал попытку решить важнейшую проблему об источнике солнечной энергии. Майер понял, что химическая энергия недостаточна для восполнения огромных расходов энергии Солнца. Однако из других источников энергии в его время была известна только механическая энергия. И Майер сделал вывод, что теплота Солнца восполняется бомбардировкой его метеоритами, падающими на него со всех сторон непрерывно из окружающего пространства. В работе 1851 г. «Замечания о механическом эквиваленте теплоты» Майер излагает сжато и популярно свои идеи о сохранении и превращении силы. Работы Майера долго оставались незамеченными: первая статья не была опубликована вообще, вторая увидела свет в не читаемом физиками химическом журнале, третья – в частной брошюре. Вполне понятно, что открытие Майера не дошло до физиков, и закон сохранения энергии открывали независимо от него и другими путями другие авторы, прежде всего Дж. Джоуль и Г. Гельмгольц. Майер оказался втянутым в тягостно отразившийся на нём спор о приоритете; лишь в 1862 г. Р. Клаузиус и Дж. Тиндаль обратили внимание на исследования Майера. Оценка заслуг Майера в создании механической теории тепла вызвала в своё время ожесточённую полемику между Клаузиусом, Тиндалем, Джоулем и Дюрингом. Майер, вынужденный отстаивать свой приоритет в открытии закона сохранения энергии, делал это в спокойном и достойном тоне, скрывая ту глубокую душевную травму, которая была нанесена ему «мелкой завистью цеховых ученых» и «невежеством окружающей среды», по словам К. А. Тимирязева. Достаточно сказать, что в 1850 г. он пытался покончить жизнь самоубийством, выбросившись из окна, и остался на всю жизнь хромым. Его травили в газетах, обвиняли скромного и честного учёного в мании величия, подвергли принудительному «лечению» в психиатрической больнице. Майер умер 20 марта 1878 г. Незадолго до смерти, в 1874 г. вышло собрание его трудов по закону сохранения и превращения энергии под заглавием «Механика тепла». В 1876 г. вышли его последние сочинения «О торричеллиевой пустоте» и «Об освобождении сил».

[xi] Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (Helmholtz) (31.8.1821, Потсдам, - 8.9.1894, Берлин), немецкий физик, математик, физиолог и психолог. Учился в Военно-медицинском институте в Берлине с 1838 года. Ему рдали право уволиться из армии и продолжать научную деятельность. В ноябре 1842 года защитил докторскую диссертацию «О строении нервной системы безпозвоночных». С 1843 года военный врач в Потсдаме. Профессор физиологии университетов в Кенигсберге (с 1849 года), Бонне (с 1855 года), Гейдельберге (с 1858 года). С 1871 года профессор физики в Берлинском университете, с 1877 г. Его ректор, с 1888 года директор физико-технического института в Берлине. В 1847 году в работе "О сохранении силы" Гельмгольц впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии и, проанализировав большинство известных в то время физических явлений, показал всеобщность этого закона, в частности то, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии; это было наиболее сильным аргументом против концепции особой "живой силы", якобы управляющей организмами. Гельмгольц впервые доказал применимость принципа наименьшего действия к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям, вскрыл связь этого принципа со вторым началом термодинамики. В 1882 году Гельмгольц придал второму началу термодинамики форму, позволившую применить его к изучению химических процессов, ввёл понятие свободной энергии (Гельмгольцева энергия) и связанной энергии. Гельмгольц заложил основы теории вихревого движения жидкости (1858). Большое значение для развития аэродинамики имели исследования Гельмгольца по теории разрывных движений (1868). Выдвинутый Гельмгольцем принцип механического подобия позволил объяснить ряд метеорологических явлений и механизм образования и поведения морских волн. В 1873 году Гельмгольц выступил с изложением некоторых теоретических вопросов управляемого воздухоплавания. Работы Гельмгольца по электромагнетизму, оптике и акустике большей частью связаны с его физиологическими исследованиями. Он обнаружил явление колебательного разряда лейденской банки - факт, сыгравший существенную роль в развитии теории электромагнетизма. Гельмгольц попытался измерить скорость распространения электромагнитных возмущений, однако ему это не удалось. По его предложению Г. Герц произвёл опыты с электромагнитными волнами. Гельмгольц развил теорию аномальной дисперсии (1874). В 1881 году выдвинул идею об атомарном строении электричества. В области акустики Гельмгольц открыл комбинационные тона, построил модели уха, что позволило изучить характер воздействия звуковых волн на орган слуха, разработал теорию этого взаимодействия, создал учение о слуховой функции кортиева органа, решил т. н. задачу органной трубы. Разработал физическую и физиологическую теорию восприятия музыкальных звуков. Труды Гельмгольца в области физиологии посвящены изучению нервной и мышечной систем. Он обнаружил и измерил теплообразование в мышце (1845-1847) и изучил процесс мышечного сокращения (1850-1854). Впервые (1850) измерил скорость распространения возбуждения в нервах, определил скрытый период рефлексов (1854). Гельмгольцу принадлежат основополагающие работы в области физиологии зрения. В 1853 году он предложил теорию аккомодации. В 1859-1866 годах разработал учение о цветовом зрении. Сконструировал ряд измерительных приборов (офтальмоскоп, маятник Гельмгольца и др.), а также разработал количественные методы физиологических исследований. Интересны исследования Гельмгольца по геометрии. Он доказывал, что все аксиомы геометрии имеют опытное происхождение и что опытным путём можно было бы выяснить форму пространства. Однако в трактовке пространства Гельмгольц отдавал дань кантианству, допуская априорность пространства как формы созерцания.

[xii] Джеймс Прескотт Джоуль (24.12.1818-11.10.1889) - английский физик, один из открывателей закона сохранения энергии, член Лондонского королевского общества (1850). Родился в Солфорде. Получил домашнее образование. Первые уроки по физике ему давал Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои экспериментальные исследования. Работы Джоуля посвящены электромагнетизму, теплоте, кинетической теории газов. В 1841 году он установил зависимость количества тепла, выделяемого в проводнике при прохождении через него электрического тока, от величины тока и сопротивления проводника (закон Джоуля-Ленца). В 1843 году Джоуль экспериментально показал, что теплоту можно получить за счет механической работы, и вычислил механический эквивалент теплоты, дав тем самым опытное доказательство закона сохранения энергии. Ученый исследовал тепловые явления при сжатии и расширении газа, в частности опытом с расширением разреженного газа показал, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от его объема (1845). Джоуль совместно с Томсоном открыл в 1853-1854 годах явление охлаждения газа при его медленном стационарном адиабатическом протекании через пористую перегородку (эффект Джоуля-Томсона). Ученый построил термодинамическую температурную шкалу, теоретически определил теплоемкость некоторых газов. Джоуль рассматривал теплоту как движение частиц. Он вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры, давление газа считал результатом ударов частиц этого газа о стенки сосуда (1848). Джоуль открыл явление магнитного насыщения ферромагнетиков (1840) и магнитострикцию (1842).

[xiii] Никола Леонар Сади Карно (Carnot) (1.6.1796, Париж, - 24.8.1832, там же), французский физик, один из основателей термодинамики. Сын Лазаря Н. Карно, организатора победы Французской революции, который, кстати, ввел понятие механической работы в термодинамике,. В 1814 году окончил Политехническую школу в Париже и получил назначение в инженерные войска. В 1828 году оставил военную службу. В своём единственном опубликованном труде "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу" (1824) рассмотрел в общем виде вопрос о "получении движения из тепла". Анализируя идеальный круговой процесс (цикл Карно), впервые пришёл к выводу о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к более холодному. Высказал также положение, что величина работы обусловлена разностью температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы вещества, работающего в тепловой машине (теорема Карно). В своих рассуждениях Карно придерживался теории теплорода, однако в дальнейшем, как явствует из его записок, изданных посмертно, он от неё отказался, признав взаимопревращаемость теплоты и механической работы; Карно приблизительно определил механический эквивалент теплоты и высказал в общем виде закон сохранения энергии. Работа Карно была оценена лишь в 1834 году, когда Б. Клапейрон, повторив рассуждения Карно, ввёл графический метод описания процессов. Позднее, развивая учение Карно, Р. Клаузиус и У. Томсон пришли ко второму началу термодинамики.

[xiv] Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус (Clausius) (2.1.1822, Кёслин, Померания, — 24.8.1888, Бонн), немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты. Учился в Берлинском университете (с 1840 года). В 1850—1857 годах преподавал в Берлине и Цюрихе. Профессор университетов в Цюрихе (с 1857 года), Вюрцбурге (с 1867 года), Бонне (с 1869 года). Клаузиус первым понял и проанализировал глубокие идеи С. Карно и оценил их значение для теории теплоты и тепловых машин. Развивая эти идеи, Клаузиус в 1850 году (одновременно с Томсоном (Кельвином)) дал первую формулировку второго начала термодинамики; "Теплота не может сама собою перейти от более холодного тела к более тёплому". Клаузиус доказал, что не существует способа передачи теплоты от более холодного тела к более нагретому без того, чтобы в природе не произошло каких-либо изменений, которые могли бы компенсировать такой переход. В 1865 году Клаузиус ввёл понятие энтропии. Ошибочно распространив принцип возрастания энтропии замкнутой системы на всю Вселенную, Клаузиус высказал мысль о тепловой смерти Вселенной. Клаузиусу принадлежат основополагающие работы в области молекулярно-кинетической теории теплоты. Работы Клаузиса способствовали введению статистических методов в физику. Клаузиусу удалось с единой точки зрения объяснить такие внешне совершенно различные явления в газах, как внутреннее трение, теплопроводность и диффузия. Он ввёл понятие идеального газа, а также понятие длины свободного пробега молекул, впервые вычислив (1860) эту длину. Доказал теорему вириала (1870), связывающую среднюю кинетическую энергию системы частиц с действующими в ней силами. Построил кинетическую теорию перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое и в 1850 году обосновал уравнение, связывающее изменение температуры плавления с изменением давления (уравнение Клапейрона—Клаузиуса). Клаузиус внёс важный вклад в теорию электролиза (1857). Теоретически обосновал закон Джоуля—Ленца, развил термодинамическую теорию термоэлектричества (1853) и др. Развивая идеи итальянского учёного О. Ф. Моссотти (1847), Клаузиус разработал теорию поляризации диэлектриков, на основе которой установил соотношение между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью (1879; формула Клаузиуса—Моссотти). Иностранный член Лондонского королевского общества (1868), член-корреспондент Парижской АН (1865).

[xv] Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (23.04.1858 - 04.10.1947) - немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой теории, член Берлинской Академии наук (1894), непременный секретарь в 1912-1938 годах. Родился в Киле. Окончил Мюнхенский университет (1878), где в 1879 году получил степень доктора философии. В 1880-1885 годах работал в Мюнхенском университете, 1885-1888 - профессор теоретической физики Кильского, 1889-1926 - Берлинского университетов. Работы Макса Планка относятся к термодинамике, теории теплового излучения, теории относительности, квантовой теории, истории и методологии физики, философии науки. В 1900 году, исходя из чуждого для классической физики предположения, что атомные осцилляторы излучают энергию лишь определенными порциями - квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания (гипотеза квантов), вывел закон распределения энергии в спектре абсолютно черного тела. Ввел фундаментальную постоянную (постоянная Планка) с размерностью действия. Формула закона Планка сразу же получила экспериментальное подтверждение. Оценивая значение открытия Планка, Альберт Эйнштейн писал: "Именно закон излучения Планка дал первое точное определение абсолютных величин атомов, независимо от других предположений. Более того он убедительно показал, что кроме атомистической структуры материи, существует своего рода атомистическая структура энергии, управляемая универсальной постоянной, введенной Планком. Это открытие стало основой для всех исследований в физике XX века и с того времени почти полностью обусловило ее развитие. Без этого открытия было бы невозможно установить настоящую теорию молекул и атомов и энергетических процессов, управляющих их превращениями. Более того, оно разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики". Постоянная Планка, или квант действия является одной из универсальных постоянных в физике. День 14 декабря 1900 года, когда Планк доложил в Немецком физическом обществе о теоретическом выводе закона излучения, стал датой рождения квантовой теории (Нобелевская премия, 1918). Однако, хотя формула излучения Планка и была принята как просто и адекватно описывающая экспериментальные факты, теория, предложенная Планком как обоснование этой формулы, не привлекала внимания ученых вплоть до 1905 года, когда революционную идею квантов использовал А. Эйнштейн, распространив ее на сам процесс излучения и предсказав фотон. Большое значение имели работы Планка по теории относительности. Он одним из первых понял ее, принял и решительно поддерживал. В 1906 году вывел уравнения релятивистской динамики, получив выражения для энергии и импульса электрона, и тем самым завершил релятивизацию классической механики. Он же ввел термин "теория относительности" (1906). В 1907 году провел обобщение термодинамики в рамках специальной теории относительности. Макс Планк дал общий вывод законов химического равновесия в газах и разбавленных растворах. В решении конкретных научных проблем стоял на материалистических позициях, выступая против "энергетиков" в защиту Л. Больцмана, указывая, что они непрвильно понимали действительный смысл второго начала термодинамики, критиковал Э. Маха, защищая атомистику, боролся с более поздними течениями позитивизма. Однако в целом не мог подняться выше созерцательного материализма. Активная борьба Планка против физического идеализма на рубеже XIX-XX веков сыграла важную роль в истории развития познания.

[xvi] КАРАТЕОДОРИ Константин греческий математик. Окончил Высшую военную школу в Брюсселе (1895). Принимал участие в работах по регулированию вод Нила. Учился в Берлинском университете (1900-1902), окончил Геттингенский университет (1904). Ученик Ф. Клейна, Д. Гильберта, Г. Минковского. В 1909 г. – профессор Ганноверского, в 1910 г. – в Бреслау, в 1913-1918 гг. – Геттингенского, в 1918-1920 гг. – Берлинского университетов. В 1920-1924 гг. работал в Греции. В 1920 г. основал греческий университет в Смирне. В 1924-1939 гг. – профессор Мюнхенского университета, с 1939 г. – ректор Афинского университета. Основные работы посвящены вариационному исчислению, теории функции и прикладным вопросам математики. Ранние исследования посвящены вариационной проблеме на плоскости и в п-мерном пространстве. На основании идей Х. Гюйгенса и И. И. Бернулли установил связь между вариационным исчислением и теорией дифференциальных уравнений с частными производными первого порядка. Построил новое направление в теории поля, связав ее с теорией частных производных. Развил теорию функций нескольких комплексных переменных, теорию конформных отображений. Занимался также вопросами интегрального исчисления и его алгебраизацией. Ряд работ относится к механике и теории относительности. Применил вариационное исчисление к задачам геометрической оптики. Предложил аксиоматическое построение термодинамики. Член многих академий наук.

[xvii] Джеймс Клерк Максвелл (13.06.1831 - 05.11.1879) - английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ. Родился в Эдинбурге. Учился в Эдинбургском (1847-1850) и Кембриджском (1850-1854) университетах. По окончании последнего непродолжительный период преподавал в Тринити колледж, в 1856-1860 годах - профессор Абердинского университета, в 1860-1865 - Лондонского королевского колледжа, с 1871 года - первый профессор экспериментальной физики в Кембридже. Под его руководством была создана известная Кавендишская лаборатория в Кембридже, которую он возглавлял до конца своей жизни. Работы Максвелла посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Наиболее весомый вклад Максвелл сделал в молекулярную физику и электродинамику. В кинетической теории газов, одним из основателей которой он является, установил в 1859 году статистический закон, описывающий распределение молекул газа по скоростям (распределение Максвелла). В 1866 году он дал новый вывод функции распределения молекул по скоростям, основанный на рассмотрении прямых и обратных столкновений, развил теорию переноса в общем виде, применив ее к процессам диффузии, теплопроводности и внутреннего трения, ввел понятие релаксации. В 1867 году первый показал статистическую природу второго начала термодинамики ("демон Максвелла"), в 1878 году ввел термин "статистическая механика". Самым большим научным достижением Джеймса Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений (первые дифференциальные уравнения поля были записаны Максвеллом в 1855-1856 годах). В своей теории электромагнитного поля Максвелл использовал (1861) новое поняти - ток смещения, дал (1864) определение электромагнитного поля и предсказал (1865) новый важный эффект: существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (электромагнитных волн) и его распространение в пространстве со скоростью света. Последнее дало ему основание считать (1865) свет одним из видов электромагнитного излучения (идея электромагнитной природы света) и раскрыть связь между оптическими и электромагнитными явлениями. Максвелл теоретически вычислил давление света (1873), предсказал эффекты Стюарта-Толмена и Эйнштейна-де Гааза (1878), скин-эффект. Ученый также сформулировал теорему в теории упругости (теорема Максвелла), установил соотношения между основными теплофизическими параметрами (термодинамические соотношения Максвелла), развивал теорию цветного зрения, исследовал устойчивость колец Сатурна, показав, что кольца не являются твердыми или жидкими, а представляют собой рой метеоритов. Максвелл сконструировал ряд приборов. Он был известным популяризатором физических знаний. Опубликовал впервые (1879) рукописи работ Генри Кавендиша.

[xviii] Менделеев, Дмитрий И. (1834-1907). - Начало научной деятельности Менделеева относится к 1854 г., когда он, еще будучи студентом, опубликовал несколько работ по химии. В 1856 г. Д. И. начал читать лекции по органической и теоретической химии в Петербургском университете. Командированный в 1859 г. за границу, он произвел ряд исследований (в Гейдельберге) над явлениями капиллярности и расширения жидкостей. По возвращении в Россию (1861 г.) издал учебник "Органическая химия". С 1863 г., заняв кафедру химии в Петербургском технологическом институте, занимался исследованием бакинской нефти, для чего специально ездил на Кавказ, издал несколько руководств по технологии и производил сельскохозяйственные опытные исследования. В 1866 г. защитил докторскую диссертацию на тему о соединении спирта с водой. В том же году Д. И. был назначен профессором Петербургского университета, в котором стал читать лекции по неорганической химии. Капитальная работа Менделеева "Основы химии" появилась в 1869 г. В этой книге была изложена открытая Менделеевым периодическая система элементов - одно из важнейших открытий в естествознании XIX века. В 1871-1875 гг. Д. И. занимался вопросами физики (исследованием упругости и расширения газов). В 1876 г. Д. И. был командирован в Пенсильванию для осмотра американских нефтяных месторождений. Его неоднократные поездки на Кавказ, в целях исследования добычи и использования нефти, сильно двинули вперед нефтяное дело в России. С 1890 г., прекратив чтение лекций в университете, целиком ушел в общественную работу, приняв между прочим участие в выработке покровительственного тарифа для обрабатывающей промышленности (в 1890 году опубликовал "Толковый тариф"). В 1892 г. работал над вопросом об изготовлении бездымного пороха. С открытием в 1893 г. палаты мер и весов Д. И. был назначен ее ученым хранителем. Свои экономические и политические взгляды Д. И. высказал в двух книгах: "Заветные мысли" (в 1904/1905 г.) и "К познанию жизни" (1906 г.).

[xix] Эмилий Христианович Ленц [12(24).2.1804, Тарту, - 29.1(10.2).1865, Рим], русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830). В 1820 году поступил в Дерптский (ныне Тартуский) университет. В 1823 году, не закончив обучения, занял место физика на шлюпе "Предприятие", отправлявшемся в кругосветное плавание (1823-1826) под командой О. Е. Коцебу, провёл океанографические исследования, за которые в 1828 году был избран адъюнктом Петербургской АН. В 1830 году был избран экстраординарным академиком, в 1834 году - ординарным. В 1836 году возглавил кафедру физики и физической географии в Петербургском университете, с 1863 года ректор университета. В 1833 году установил так называемое правило Ленца для определения направления индуцированных токов. В совместной работе с Якоби "О законах электромагнитов" (ч. 1-2, 1838-1844) дал методы для расчёта электромагнитов (использовавшиеся до 80-х годов 19 века, когда были открыты законы магнитной цепи); установил обратимость электрических машин. Обнаружил явление "реакции якоря" и для уменьшения его действия предложил использовать сдвиг щёток машин. В 1842 году точными экспериментами обосновал закон теплового действия электрического тока, открытый в 1841 году Джоулем (закон Джоуля-Ленца). Изобрёл прибор для изучения формы кривой переменного тока. Автор работ по установлению зависимости сопротивления металлов от температуры, по обоснованию закона Ома, созданию баллистического метода для измерения магнитного потока (совместно с Б. С. Якоби) и др. Известен также работами по геофизике. Исследовал вертикальное распределение температуры и солёности воды в океанах, суточный ход температуры воздуха на разных широтах. Одним из первых предложил метод барометрической нивелировки. Ленц придавал большое значение преподаванию физики в средней школе. Его "Руководство к физике, составленное для русских гимназий" (1839) выдержало 11 изданий.

[xx] Анри Луи Ле Шателье (фр. Henri Louis Le Chatelier; 8 октября 1850, Париж — 17 сентября 1936, Мирибель-лез-Эшель) — французский физик и химик. Его отец, горный инженер, принимавший участие в строительстве французских железных дорог, с раннего возраста прививал сыну любовь к наукам. Ле Шателье учился в коллеже Роллан в Париже, Политехнической школе и Высшей горной школе. Одновременно он работал в лаборатории А. Э. Сент-Клер Девиля и слушал лекции в Коллеж де Франс. Кроме естественных наук, Ле Шателье с увлечением занимался вопросами религии и древними языками. После окончания горной школы Ле Шателье работал горным инженером в Алжире и Безансоне. С 1877 по 1919 г. Ле Шателье был профессором Парижской Высшей горной школы, где преподавал общую и техническую химию. Он был также профессором кафедры общей химии в Коллеж де Франс (1898—1907), профессором Парижского университета (1907—1925). В 1907 г. был избран членом Парижской академии наук. Большинство работ Ле Шателье посвящены прикладным проблемам; он был одним из первых химиков, систематически проводившим фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. С 1880 г. Ле Шателье занимался проблемой обжига и затвердевания цемента; имевшиеся к тому времени исследования не позволяли объяснить протекание этих сложных процессов. На основе своих исследований он создал теорию затвердевания цемента, иначе называемой теорией «кристаллизации» (его монография «Кремнезем и силикаты» переведена на русский язык И. Ф. Пономарёвым, учёные в переписке обсуждали проблемы кристаллизации цемента). В 1881 г. совместно с М. Бертло и Ф. Малларом он занялся исследованием процессов воспламенения, горения и взрыва. Эти исследования привели его к созданию оригинального способа определения теплоемкостей газов при высоких температурах. Изучая процессы, протекающие в доменных печах, и сталкиваясь с необходимостью измерения высоких температур, Ле Шателье в 1886 г. разработал пирометр — оптический прибор, измеряющий температуру раскаленных тел по их цвету. Он также усовершенствовал методику исследования металлов и сплавов и создал металлографический микроскоп (1897), с помощью которого можно было изучать строение непрозрачных объектов. В 1884 г. Ле Шателье сформулировал принцип динамического равновесия, ныне носящий его имя (независимо от Ле Шателье этот принцип сформулировал в 1887 г. К. Ф. Браун). Согласно этому принципу, система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, при внешнем воздействии (изменении температуры, давления, концентрации реагирующих веществ и т. д.) стремится вернуться в состояние равновесия, компенсируя оказанное воздействие. Принцип Ле Шателье−Брауна используется для моделирования различных технологических процессов ^[1]. В 1894 г. он вывел уравнение, устанавливающее зависимость между растворимостью, температурой процесса и теплотой плавления вещества. Независимо от Ф. Габера в 1901 г. Ле Шателье нашёл условия синтеза аммиака. При активном участии Ле Шателье физическая химия и химическая технология превратились в самостоятельные, активно развивающиеся области науки. Ле Шателье был удостоен многих наград: в 1886 г. он стал кавалером ордена Почётного легиона, в 1916 г. получил медаль Дэви Лондонского королевского общества.

[xxi] БРАУН (Braun), Карл Фердинанд 6 июня 1850 г. – 20 апреля 1918 г. Нобелевская премия по физике, 1909 г. (совместно с Гульельмо Маркони) Немецкий физик и изобретатель Карл Фердинанд Браун родился в г. Фульда, в семье Конрада Брауна и Франциски (Геринг) Браун. Окончив местную гимназию, он учился в Марбургском университете, а затем выполнял докторскую работу по физике в Берлинском университете. Здесь под руководством немецкого физика Георга Квинке он написал диссертацию о колебаниях упругих стержней и струн и. получил докторскую степень в 1872 г. Когда в том же году Квинке принял назначение на пост в Вюрцбургском университете, Браун последовал за ним в качестве его ассистента. В 1874 г. Браун стал директором гимназии Томаса в Лейпциге. Тогда же он открыл свойство минеральных кристаллов сульфидов металлов, подобных галениту и пириту, проводить электрический ток лишь в одном направлении. Пять десятилетий спустя законы, открытые Брауном, были использованы в детекторных приемниках. В 1876 г. Браун вернулся в Марбург в качестве профессора теоретической физики и проработал там четыре года. С 1880 по 1883 г. он был профессором теоретической физики в Страсбургском университете, затем до 1885 г. – профессором физики в Техническом университете в Карлсруэ. В течение следующих десяти лет он работал профессором экспериментальной физики в Тюбингенском университете и организовал при нем Физический институт. В 1895 г. Браун вернулся в Страсбургский университет профессором физики и директором Страсбургского физического института, где и были выполнены его наиболее известные исследования. В 1897 г. Браун изобрел осциллоскоп – прибор, в котором переменное напряжение перемещало пучок электронов внутри вакуумной трубки с катодными лучами. След, оставляемый этим пучком на поверхности трубки, можно было графически преобразовать с помощью вращающегося зеркала, давая тем самым зрительный образ меняющегося напряжения. Трубка Брауна легла в основу телевизионной техники, т. к. работа кинескопа основана на том же принципе. Примерно в это время Браун начал исследования по беспроволочной телеграфии. Итальянский инженер-электрик Гульельмо Маркони только что передал беспроволочные послания по воздуху на расстояние в 9 миль. Браун был озадачен теми трудностями, с которыми встретился Маркони, пытаясь увеличить дальность передачи просто за счет увеличения мощности передатчика. В передатчике Маркони использовался электрический искровой аппарат, генерирующий так называемые волны Герца (периодические колебания), которые распространялись в пространстве. До некоторого момента увеличение «искрового промежутка» действительно вело к увеличению дальности передачи. Браун обнаружил, что, когда искровой зазор становится больше некоторого определенного размера, возникающие волны интерферируют друг с другом, что ведет к ослаблению передачи. В течение года он разработал передатчик Брауна, где использовался безискровой антенный контур. В передатчике Брауна колебательный контур, в котором генерировалась энергия волн, был магнитной цепью с помощью трансформатора связан с антенной, которая ранее включалась непосредственно в цепь контура. Существенной чертой системы Брауна было включение конденсатора в контур, содержащий разрядник, что ныне используется в радио- и телепередатчиках и радарах. Более того, трудн

Дата добавления: 2014-01-04