Клаузиус Рудольф Юлиус Эммануэль (02.01.1822-24.08.1888)

                                       Клаузиус Рудольф Юлиус Эммануэль

                                      (02.01.1822-24.08.1888)

Клаузиус Рудольф Юлиус Эммануэль немецкий физик. Родился в Кёслине (ныне Кошалин, Польша) в семье пастора. Учился в частной школе, директором которой был его отец. В 1848 году окончил Берлинский университет. По окончании университета предпочел физику и математику истории, которую первоначально изучал, преподавал в Берлине и Цюрихе, занимал кафедру профессора физики университетов в Цюрихе, Вюрцбурге и Бонне. С 1884 года — ректор Боннского университета. Главные работы Клаузиуса посвящены основам термодинамики и кинетической теории газов. К сожалению, тяжелые ранения, полученные во время службы добровольцем в качестве санитара во время Франко-прусской войны, помешали Клаузиусу в полной мере реализовать свой научный потенциал. Тем не менее, уже после войны и ранений, именно он сформулировал второе начало термодинамики его современном виде.

    Теоретически обосновал закон Ленца - Джоуля, развил в 1853 г. термодинамическую теорию термоэлектричества, ввел в 1857 г. представление об электролитической диссоциации. Разработал теорию поляризации диэлектриков, исходя из которой, -независимо от О. Моссотти, вывел соотношение между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью диэлектрика (формула Клаузиуса - Моссотти).Член ряда академий наук и научных обществ, в частности иностранный член Петербургской АН (с 1878 г.)

   Сформулировал (1850 г.) второе начало термодинамики: «теплота сама по себе не может перейти от более холодного тела к более теплому». Развивая свои термодинамические идеи, предложил новое важное понятие - понятие энтропии (1865 г.), установив ее важнейшую особенность: в замкнутой системе энтропия либо остается неизменной (в случае обратимых процессов), либо возрастает (в случае необратимых процессов). Тем самым Клаузиус показал, что изменение энтропии определяет направление протекания процесса и дал второму началу термодинамики математическую формулировку. Исходя из этого и распространяя основные принципы термодинамики на всю Вселенную, считая ее замкнутой системой, Клаузиус пришел к ошибочному выводу о тепловой смерти Вселенной, т. е. к тому самому выводу, который вытекал из идеалистической гипотезы тепловой смерти Вселенной, выдвинутой в 1852 г. английским физиком У. Томсоном. Несостоятельность этой теории доказал австрийский физик Л. Больцман, обосновав статистический характер второго начала термодинамики       

  Значительный вклад внес Клаузиус в кинетическую теорию газов, введя тут статистические представления (метод средних величин), а также понятие идеального газа, длины свободного пробега молекул. Первый теоретически вычислил величину давления газа на стенки сосуда, придал более общую форму уравнению газового состояния по сравнению с уравнением Ван дер Ваальса, обосновал уравнение Клапейрона, связывающее температуру плавления вещества с давлением (уравнение Клапейрона - Клаузиуса), первый указал на возможность испарения с поверхности твердых тел (явление сублимации). Доказал в 1870 г. теорему вириала, связывающую среднюю кинетическую энергию системы частиц с действующими в ней силами.

   Уравнение Клапейрона — Клаузиуса — термодинамическое уравнение, относящееся к квазистатическим (равновесным) процессам перехода вещества из одной фазы в другую (испарение, плавление, сублимация, полиморфное превращение и др.). Согласно уравнению, теплота фазового перехода (например, теплота испарения, теплота плавления) при квазистатическом процессе определяется выражением

где   — удельная теплота фазового перехода,   — изменение удельного объёма тела при фазовом переходе.

Уравнение названо в честь  его авторов, Рудольфа Клаузиуса и Бенуа Клапейрона.

Элементарный вывод

Между температурой фазового перехода и внешним давлением  существует функциональная связь, причём при фазовом переходе производная   терпит разрыв. Тогда изотермы для рассматриваемого вещества будут иметь характерный вид, изображённый на рисунке. Для вывода существенен горизонтальный участок изотермы, соответствующий фазовому переходу. Слева и справа от этого участка всё вещество находится в одной фазе. Осуществим цикл Карно при бесконечно малой разности температур следующим образом: сначала сообщаем телу теплоту, переводя его из состояния 1 в состояние 2, затем адиабатически охлаждаем его на температуру dT, после чего замыкаем цикл, отводя теплоту и переводя вещество в фазу 1 с последующим адиабатическим нагревом.

Совершённая работа равна  площади цикла:

Сообщённая теплота равна

где   — удельная теплота фазового перехода,   — масса тела. Согласно теореме Карно,

Отсюда