Томсон Уильям лорд Кельвин – известный британский физик и механик, прославившийся своими теоретическими и практическими работами в области термодинамики, электродинамики и механики, родился 26 июня 1824 года в городе Белфаст, Ирландия. Благодаря своему отцу – известному математику Джеймсу Томсону, учебники которого переиздавались на протяжении нескольких десятилетий, будущий ученый получил хорошее образование, которое собственно и предопределило его будущий жизненный путь.

Вместе со своим братом Джеймсом Томсоном, Уильям получает неплохое начальное образование в колледже Глазго, а затем и в колледже Св. Петра в Кембридже, по окончанию которого двадцатидвухлетний Томсон принимает кафедру теоретической физики в университете Глазго.

Еще будучи студентом Уильям заинтересовался исследованиями в области распространения электричества, а также начинает заниматься вопросами, связанными с электростатикой. А в 1842 году публикует еще и ряд научных работ, связанных с результатами этих исследований.

В 1855 году вместе со своими студентами из университета Глазго, Томсон проводит многочисленные практические исследования по термоэлектричеству. Кстати, отчасти благодаря ученому, студентов по всей Англии начали привлекать к практической научной работе.

Примерно в это же время Томсон проводит теоретические исследования распространения электрических сигналов по проводам. Отчасти именно благодаря ему и результатам его работы стало возможным создание трансатлантических (через весь океан) телеграфных линий связи. Сам ученый принимает непосредственное участие в прокладке некоторых из них. Также Томсон проводит исследования колебательных электрических зарядов , продолженные позже его последователем Густавом Робертом Кирхгофом и легшие в основу учения об электрических колебаниях.

В 1853 году Уильям Томсон формулирует зависимость периода электрических колебаний контура от емкости и индуктивности, названную позже в его честь (формула Томсона). А еще через три года в 1856 году ученый открывает эффект выделения теплоты в проводнике при протекании по нему электрического тока – третий термоэлектрический эффект или эффект Томсона.

Уильям Томсон собственноручно сконструировал целый ряд точных электрических измерительных приборов: кабельный гальванометр, электрометр и сифон-отметчик (прибор для приема телеграфных сигналов). Кстати, именно Томсон одним из первых предложил использовать вместо цельного металлического кабеля многожильный.

Умер великий ученый и изобретатель 17 декабря 1907 года в Шотландии. За свои заслуги перед наукой еще при жизни он был удостоен титула барона и был избран почетным членом Санкт-Петербургской академии наук. В его честь была названа единица измерения температуры – кельвин (Томсон получил титул лорда Кельвина по названию речки, которая протекала вблизи его родного университета в Глазго).

ТОМСОН (Кельвин) Уильям (Thomson William, Baron Kelvin) (26.VI.1824 - 17.XII.1907) – английский физик, один из основоположников термодинамики, член Лондонского королевского об-ва (1851), президент в 1890-95. В 1892 получил титул лорда Кельвина. Р. в Белфасте. Окончил Кембриджский ун-т (1845). В 1846 - 99 – профессор ун-та в Глазго (в 1846 организовал одну из первых физических лабораторий), с 1904 – президент.
Работы относятся к термодинамике, гидродинамике, электромагнетизму, упругости, теплоте, математике, технике. В 1851 сформулировал (независимо от Р. Клаузиуса ) второе начало термодинамики: «в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершенная за счет охлаждения теплового резервуара». Соответственно этой формулировке второго начала термодинамики (по Томсону) была доказана невозможность вечного двигателя второго рода. Ввел понятие внутренней энергии (1851). Однако, исходя из открытого закона термодинамики и применяя его ко Вселенной как к целому, пришел (1852) к ошибочному выводу о неизбежности «тепловой смерти Вселенной» (гипотеза тепловой смерти Вселенной). Неправомерность такого подхода и ошибочность гипотезы доказал Л. Больцман .
Широко применял термодинамический метод для объяснения различных физических явлений.
Ввел в 1848 понятие абсолютной температуры и абсолютную шкалу температуры, названную его именем (шкала Кельвина).
Показал, как температура кипения жидкости в зависимости от давления связана с теплотой парообразования, объемом жидкости и образовавшимся из нее паром, установил в 1870, что упругость насыщенного пара зависит от формы поверхности жидкости.
Вместе с Дж. Джоулем установил в 1853 - 54 изменение температуры газа при его медленном стационарном адиабатическом протекании сквозь пористую перегородку (эффект Джоуля - Томсона). Использование это(го эффекта является одним из основных методов получения низких температур.
Открыл в 1856 третий термодинамический эффект (эффект Томсона): если вдоль проводника, по которому течет электрический ток, существует перепад температур, то, кроме джоулевой теплоты, в объеме проводника в зависимости от направления тока выделяется или поглощается еще некоторое количество теплоты (теплота Томсона). Построил термодинамическую теорию термоэлектрических явлений.

Плодотворно работал в области изучения электрических и магнитных явлений, в частности изучал магнитные свойства кристаллов.
Открыл в 1851 изменение удельной электропроводности ферромагнетиков при их намагничивании (эффект Томсона).
Сконструировал ряд высокочувствительных электрометров и гальванометров, универсальный компас и другие приборы.
Дал расчет электрических колебаний в контуре, выведя в 1853 формулу зависимости периода собственных колебаний в контуре от его емкости и индуктивности (формула Томсона). Установил (1856) изменение сопротивления металлов в магнитном поле, перпендикулярном току.
Теоретические исследования Томсона по электромагнетизму и ряд его технических изобретений значительно содействовали практическому осуществлению телеграфной связи, в частности по трансатлантическому кабелю, в прокладывании которого он принимал активное участие.
Известны его исследования по теплопроводности, которые он пытался использовать для расчета возраста Земли, изучал проблему вращения Земли вокруг оси, пришел к выводу, что морские приливы и отливы оказывают влияние на это вращение.
Выдвинул (1902) гипотезу о строении атомов, осуществил расчеты размеров молекул и т. д.
Член многих академий наук и научных об-в, в частности Петербургской АН (1896).

Литература:

1. В. Лебединский. Вильям Томсон лорд Кельвин – Ленинград, 1924
2. М. Маккартни. Уильям Томсон, лорд Кельвин, король викторианской физики / Физика. 1 сентября.
3. Физике становится тепло. Лорд Кельвин. Классическая термодинамика . – М.: Де Агостини, 2015 (Наука. Величайшие теории: выпуск 31)

(26.06.1824 - 17.12.1907)

Один из величайших физиков. Предки Томсона были ирландские фермеры; отец его Джемс Томсон (1776-1849), известный математик, был с 1814 г. учителем в Belfast Academical Institution, затем с 1832 г. профессор математики в Глазго; известен учебниками по математике, выдержавшими десятки изданий. Уильям Томсон вместе со старшим братом, Джемсом учились в колледже в Глазго, а затем в St. Peter Kolleǵe в Кембридже, в котором Томсон закончил курс наук в 1845 г.

В 1846 г. двадцатидвухлетний Томсон занял кафедру теоретической физики в университете в Глазго. Необыкновенные заслуги Томсона в чистой и прикладной науке были вполне оценены его современниками.

В 1866 г. Томсон возведён в дворянское достоинство, в 1892 г. королева Виктория пожаловала ему пэрство с титулом "барон Кельвин".

Ещё студентом, Томсон опубликовал ряд работ по приложению рядов Фурье к вопросам физики и в замечательном исследовании "The uniform motion of heat in homogeneous solid and i ts connection with the mathematical theory of electricity" ("The Cambridge math. Journ.", 1842) провёл важные аналогии между явлениями распространения тепла и электрического тока и показал, как решение вопросов из одной из этих областей применить к вопросам другой области. В другом исследовании "The Linear Motion of Heat" (1842, ibid.) Томсон развил принципы, которые затем плодотворно приложил ко многим вопросам динамической геологии, например, к вопросу об охлаждении земли.

В 1845 г., находясь в Париже, Томсон начинает в журнале Лиувилля печатание ряда статей по электростатике, в которых излагает свой метод электрических изображений, давший возможность просто решить многие труднейшие задачи электростатики.

С 1849 г. начинаются работы Томсона по термодинамике, напечатанные в изданиях королевского общества в Эдинбурге. В первой из этих работ Томсон, опираясь на исследования Джоуля, указывает, как следует изменить принцип Карно, изложенный в сочинении последнего "Réflexions sur la puissance motлее du feu" (1824) для того, чтобы принцип согласовался с современными данными; эта знаменитая работа содержит первую формулировку второго принципа термодинамики.

В 1852 г. Томсон даёт другую формулировку его, именно учение об рассеянии энергии (dissipation of energy).

В том же году Томсон совместно с Джоулем производит известное исследование над охлаждением газов при расширении без совершения работы, которое послужило переходной ступенью от теории газов идеальных к теории действительных газов.

Начатая в 1855 г. работа по термоэлектричеству ("Electrodynamic Qualities of Metals") вызвала усиленную экспериментальную работу; в работе принимали участие студенты, и это положило начало практическим работам студентов в университете Глазго - первым в Англии, а также начало лаборатории по физике в Глазго.

В пятидесятых годах Томсон заинтересовывается вопросом о трансатлантической телеграфии; побуждаемый неудачами первых пионеров-практиков, Томсон теоретически исследует вопрос о распространении электрических импульсов вдоль кабелей и приходит к заключениям величайшей практической важности, давшим возможность осуществить телеграфирование через океан. Попутно, Томсон выводит условия существования колебательного электрического разряда (1853), вновь найденные позже Кирхгоффом (1864) и легшие в основание всего учения об электрических колебаниях. Экспедиция для прокладки кабеля знакомит Томсона с нуждами морского дела и приводит к усовершенствованию лота и компаса. (1872-1876).

В "Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa" (1896) приведён список около 250 статей (кроме книг), принадлежащих Томсону. Упомянем лишь некоторые предметы его работ: термодинамические исследования, приведшие кроме того ещё к установлению абсолютной шкалы температур; работы по гидродинамике и теории волн (награждены в 1887 г. премией от эдинбургского королевского общества); работы по термоэлектричеству, приведшие к открытию так наз. "явления Томсона" - переноса тепла электрическим током; исследования по теории упругости (1862-1863), в которых Томсон расширяет теорию шаровых функций; работы по динамической геологии.

Не менее замечательна деятельность Томсона в практической физике и технике; ему принадлежит изобретение или улучшение многих инструментов, вошедших во всеобщее употребление в науке и технике, как то: зеркального гальванометра, сифон-рекордера, квадрантного и абсолютного электрометров, нормального элемента компаса, лота и множества технических измерительных электрических приборов, между которыми особенно замечательны "ампер-весы", применяемые для выверки электрических приборов; между множеством патентов, взятых Томсоном, встречаются таковые и на чисто практические приспособления, как, например, на водопроводные краны.

Из книг, изданных Томсоном, наибольшею известностью пользуется "Treatise on natural philosophy" (т. 1, вместе с Тэтот, 3-е изд. в 1883 г., немец. перев. под ред. Гельмгольца), содержащее блестящее изложение механических основ теоретической физики.

Статьи Томсона перепечатаны в его "Reprints of papers on electrostatic and magnetism" (1872), "Mathematical and physical papers" (1882-1883) и "Popular lectures and adresses".

В "Encyclopedia Britannica" (1880) помещены две знаменитые статьи Томсона - "Elasticity" и "Heat".

В этом замечательном учёном соединяется редко проникновенный ум, бесстрашно берущийся за абстрактнейшие вопросы теории, с чисто практической сметкой, приводящей к решению запутаннейших вопросов практики. Томсону Англия обязана блестящим состоянием в высших школах её математической физики; влияние его на развитие этой науки легко проследимо и на деятельности учёных других наций.

ТОМСОН (Thomson) лорд КЕЛЬВИН, Уильям

Уильям Томсон родился в Белфасте в семье преподавателя математики. Когда Уильяму было восемь лет, семья переехала в Глазго, который стал впоследствии местом жизни и труда знаменитого физика. Одарённый мальчик уже в десятилетнем возрасте стал студентом университета Глазго. Окончив университет Глазго, Томсон поступил в Кембриджский университет, после окончания которого по совету отца отправился в Париж для стажировки в лаборатории известного французского физика-экспериментатора А. Реньо . Вскоре юный студент опубликовал свою первую работу по теории теплопроводности. Двадцати двух лет Томсон становится профессором в Глазго и занимает кафедру до 1899 г., в течение пятидесяти трех лет.

У. Томсон обладал большим педагогическим талантом и прекрасно сочетал теоретическое обучение с практическим. Его лекции по физике сопровождались демонстрациями, к проведению которых Томсон широко привлекал студентов, что стимулировало интерес слушателей.

В университете Глазго У. Томсон создал физическую лабораторию, в которой было сделано много оригинальных научных исследований, и которая сыграла большую роль в развитии физической науки. Вначале лаборатория ютилась в бывших лекционных комнатах, старом заброшенном винном подвале и части старого профессорского дома. В 1870 г. университет переехал в новое великолепное здание, в котором были предусмотрены просторные помещения для лаборатории. Кафедра и дом Томсона первыми в Британии осветились электричеством. Между университетом и мастерскими Уайта, в которых изготавливались физические приборы, действовала первая в стране телефонная линия. Мастерские разрослись в фабрику в несколько этажей, по существу ставшую филиалом лаборатории.

В круг научных интересов Томсона входили термодинамика, гидродинамика, электромагнетизм, теория упругости, теплота, математика, техника. Студентом Томсон опубликовал несколько статей по применению рядов Фурье к различным разделам физики. Стажируясь в Париже, разработал метод решения задач электростатики, получивший название метода «зеркальных изображений» (1846). Познакомившись с теоремой Карно, высказал идею абсолютной термодинамической шкалы (1848).

В 1851 г. У. Томсон сформулировал (независимо от Р. Клаузиуса) 2-е начало термодинамики . В его работе «О динамической теории теплоты» излагалась новая точка зрения на теплоту, согласно которой «теплота представляет собой не вещество, а динамическую форму механического эффекта». Поэтому «должна существовать некоторая эквивалентность между механической работой и теплотой». Томсон указывает, что этот принцип, «по-видимому, впервые... был открыто провозглашен в работе Ю. Майера «Замечания о силах неживой природы». Далее он упоминает работу Дж. Джоуля , исследовавшего численное соотношение, «связывающее теплоту и механическую силу».

Томсон утверждает, что вся теория движущей силы теплоты основана на двух положениях, из которых первое восходит к Джоулю и формулируется следующим образом: «Во всех случаях, когда равные количества механической работы получаются каким бы то ни было способом исключительно за счёт теплоты или бывают израсходованы исключительно на получение тепловых действий, всегда теряются или приобретаются равные количества теплоты».

Второе положение Томсон формулирует так: «Если какая-либо машина устроена таким образом, что при работе её в противоположном направлении все механические и физические процессы в любой части её движения превращаются в противоположные, то она производит ровно столько механической работы, сколько могла бы произвести за счёт заданного количества тепла любая термодинамическая машина с теми же самыми температурными источниками тепла и холодильника».

Эта положение Томсон возводит к С. Карно и Р. Клаузиусу и обосновывает следующей аксиомой: «Невозможно при помощи неодушевленного материального деятеля получить от какой-либо массы вещества механическую работу путём охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов». К этой формулировке, которую называют томсоновской формулировкой второго начала, Томсон делает следующее примечание: «Если бы мы не признали эту аксиому действительной при всех температурах, нам пришлось бы допустить, что можно ввести в действие автоматическую машину и получать путем охлаждения моря или земли механическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания всей теплоты суши и моря или в конце концов всего материального мира». Описанную в этом примечании «автоматическую машину» стали называть perpetuum mobile 2-го рода.

Кроме работ по термодинамике, Томсон заложил основы теории электромагнитных колебаний и в 1853 г. вывел формулу зависимости периода собственных колебаний контура от его ёмкости и индуктивности (формула Томсона). В 1856 г. открыл третий термоэлектрический 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. Большое значение в формировании атомистических представлений имел произведённый Томсоном расчёт размеров молекул на основе измерений поверхностной энергии плёнки жидкости. В 1870 г. он установил зависимость упругости насыщенного пара от формы поверхности жидкости.

Томсон внёс большой вклад в развитие практических применений разных разделов науки. Он был главным научным консультантом при прокладке первых трансатлантических кабелей. 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.

Работы по прокладке трансатлантического кабеля пробудили в Томсоне интерес к навигации. Учёный создал усовершенствованный морской компас с компенсацией магнетизма железного корпуса судна, изобрёл эхолот непрерывного действия, мареограф (прибор для регистрации уровня воды в море или реке). Известны исследования Томсона по теплопроводности, работы по теории приливов, распространению волн по поверхности, по теории вихревого движения.

В 1892 г. У. Томсону за его большие научные заслуги был присвоен титул барона Кельвина (по имени речки Кельвин, протекающей вблизи университета в г. Глазго). Томсон написал огромное количество работ по экспериментальной и теоретической физике. Пятидесятилетний юбилей его научной деятельности в 1896 г. отмечали физики всего мира. В чествовании Томсона участвовали представители разных стран, в том числе русский физик Н. А. Умов; в 1896 г. Томсон был избран почётным членом Санкт-Петербургской Академии наук. В честь Уильяма Томсона названа единица измерения абсолютной температуры – кельвин.

Источники:

1. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М. : Просвещение, 1982. – 448 с.
2. Большая советская энциклопедия. В 30 тт.

Хронология событий и открытий в химии:

Уильям Томсон, лорд Кельвин

(26.VI. 1824 - 17.XII. 1907)

Уильям Томсон, будущий лорд Кельвин, родился в Белфасте (Ирландия) в семье профессора инженерии. Когда мальчику было 7 лет, его отец получил кафедру математики в университете Глазго (Шотландия), и перебрался туда вместе с семьей. Уже в возрасте восьми лет Уильям начал посещать лекции своего отца, а в 10 лет стал студентом. Закончив обучение в Глазго, 17-летний юноша поступает в Кембриджский университет. В это время публикуется его первая научная статья, посвященная тригонометрическим рядам.
В 1845 г., после окончания университета, Томсон по совету отца едет в Париж - стажироваться в лаборатории известного французского физика-экспериментатора Анри-Виктора Реньо (1810-1878). Здесь Томсон разработал способ решения электростатических задач ("метод электрических изображений"). Через год 22-летний ученый вернулся в Глазго, став профессором и заведующим кафедрой физики в университете.
В 1848 г. Томсон ввел "абсолютную термометрическую шкалу". Он объяснил ее название следующим образом: "Для этой шкалы характерна полная независимость от физических свойств какого-либо конкретного вещества". Он отмечает, что "бесконечный холод должен соответствовать конечному числу градусов воздушного термометра ниже нуля", а именно: точке, "соответствующей объему воздуха, уменьшенному до нуля, что будет отмечено на шкале как -273 °С".
Начиная с 1851 г. Томсон публикует цикл научных статей под общим названием "О динамической теории теплоты", в которых он рассматривает первый и второй законы термодинамики. При этом он еще раз возвращается к проблеме абсолютной температуры, отмечая, что "температуры двух тел пропорциональны количеству теплоты, соответственно взятой и отданной материальной системой в двух местах, имеющих эти температуры, когда система совершает полный цикл идеальных обратимых процессов и защищена от потери или прибавления теплоты при какой-либо другой температуре".
Этот вывод позволил Томсону выразить коэффициент полезного действия тепловой машины (цикла Карно), используя температуры нагревателя и холодильника.
В этом же году, в возрасте 27 лет, Томсон стал членом Лондонского королевского общества - английской Академии наук. А через два года вместе с английским физиком Джеймсом Джоулем (1818-1889) он установил, что при адиабатическом (без притока энергии извне) прохождении газа через пористую перегородку его температура понижается. Это явление получило название "эффект Джоуля-Томсона". Примерно в то же время Томсон разработал термодинамическую теорию термоэлектрических явлений.
Помимо термодинамики, Томсон занимался изучением электромагнитных явлений. Так, в 1853 г. он опубликовал статью "О преходящих электрических токах". Рассматривая изменение по времени электрического заряда сферического тела при соединении его тонким проводником (проволокой) с Землей, Томсон установил, что при этом возникают затухающие колебания с определенными характеристиками, зависящими от электроемкости тела, сопротивления проводника и электродинамической емкости. Впоследствии формулу, отражающую зависимость периода свободных колебаний в контуре без сопротивления от указанных величин назвали "формулой Томсона" (хотя сам он эту формулу не выводил).
Томсон оказался первым ученым, исследовавшим электрические колебания, и не случайно именно его пригласили стать главным научным консультантом при прокладке первых трансатлантических кабелей, предназначенных для создания устойчивой телеграфной связи между двумя континентами. За большой вклад в эту работу он в 1865 г. был возведен в дворянское достоинство, а в 1892 г. за выдающиеся научные заслуги ему был присвоен титул лорда Кельвина (по названию реки, протекающей вблизи университета, где он трудился долгие годы).
С 1890 по 1895 гг. Томсон занимал почетную должность президента Лондонского королевского общества.
Сэр Уильям Томсон умер в возрасте 83 лет в Ларгсе, недалеко от Глазго. После него осталось 25 книг, 660 научных статей и 70 изобретений.