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介紹壹下開爾文

壹、生平簡介

開爾文(Lord Kelvin 1824~1907),19世紀英國卓越的物理學家。原名W.湯姆孫(William Thomson),1824年6月26日生於愛爾蘭的貝爾法斯特,1907年12月17日在蘇格蘭的內瑟霍爾逝世。由於裝設大西洋海底電纜有功,英國政府於1866年封他為爵士,後又於1892年封他為男爵,稱為開爾文男爵,以後他就改名為開爾文。

1846年開爾文被選為格拉斯哥大學自然哲學教授,自然哲學在當時是物理學的別名。開爾文擔任教授53年之久,到1899年才退休。1904年他出任格拉斯哥大學校長,直到逝世。 

二、科學成就

開爾文的科學活動是多方面的。他對物理學的主要貢獻在電磁學和熱力學方面。那時電磁學剛剛開始發展。逐步應用於工業而出現了電機工程,開爾文在工程應用上作出了重要的貢獻。熱力學的情況卻是先有工業,而後才有理論。從18世紀到19世紀初,在工業方面已經有了蒸汽機的廣泛應用,然而到19世紀中葉以後,熱力學才發展起來。開爾文是熱力學的主要奠基者之壹。

開爾文在科學上的貢獻主要有以下個方面:

1.電磁學方面的成就

開爾文在靜電和靜磁學的理論方面,在交流電方面,特別是關於萊頓瓶的放電振蕩性。靜電絕對測量和電磁測量方面,大氣電學方面等,都作出了重要的貢獻。電像法是開爾文發明的壹種很有效的解決電學問題的方法。

2.在熱力學方面的成就

開爾文在1848年提出、在1854年修改的絕對熱力學溫標,是現在科學上的標準溫標。1954年國際會議確定這壹標準溫標,恰好在100年之後。開爾文是熱力學第二定律的兩個主要奠基人之壹。另壹個人是R.克勞修斯。1851年,他關於第二定律的說法:“不可能從單壹熱源取熱使之完全變為有用的功而不產生其他影響”,是公認的熱力學第二定律的標準說法。開爾文從熱力學第二定律斷言,能量耗散是普遍的趨勢。

在熱力學方面還應該提兩件事。壹件事是開爾文從理論研究上預言壹種新的溫差電效應,後來叫做湯姆孫效應,這是當電流在溫度不均勻的導體上通過時導體吸收熱量的效應。另壹件事是開爾文和J.P.焦耳合作的多孔塞實驗,研究氣體通過多孔塞後溫度改變的現象,在理論上是為了研究實際氣體與理想氣體的差別,在實用上後來成為制造液態空氣工業的重要方法(見焦耳-湯姆孫效應)。

3.裝設大西洋海底電纜

裝設大西洋海底電纜是開爾文最出名的壹項工作。當時由於電纜太長,信號減弱很嚴重。1855年開爾文研究電纜中信號傳播的情況,得出了信號傳播速度減慢與電纜長度平方成正比的規律。1851年開始有第壹條海底電纜,裝設在英國與法國相隔的海峽中。1856年新成立的大西洋電報公司籌劃裝設橫過大西洋的海底電纜,並委任開爾文負責這項工作。經過兩年的努力,幾經周折,終於安裝成功。除了在工程的設計和制造上花費了很大的力量之外,開爾文的科學研究對此也起了不小的作用。

4.對電工儀表的研究

開爾文為了成功地裝設海底電纜,用了很大的力量來研究電工儀器。例如他發明的鏡式電流計可提高儀器測量的靈敏度。虹吸記錄器可自動記錄電報信號。開爾文在電工儀器上的主要貢獻是建立電磁量的精確單位標準和設計各種精密測量的儀器,包括絕對靜電計、開爾文電橋、圈轉電流計等。根據他的建議,1861年英國科學協會設立了壹個電學標準委員會,為近代電學單位標準奠定了基礎。

5.創立波動和渦流

開爾文在波動和渦流方面作出了許多理論貢獻。有許多是他在自己的快艇上的觀察中受到啟發的。他進行這方面的研究,包括對彈性固體的研究,目的之壹是為了航海事業的發展,另壹個目的是發展他對世界萬物的機械觀。企圖通過這方面的研究把電磁現象和光現象的完整理論在牛頓經典力學的骨架上建造起來。因此他很熱心於以太理論,把假想的以太當作壹種實際存在的物質加以研究,以求能充分地解釋電磁現象和光現象作為以太的某種運動形式。這種機械觀的失敗使他說出“19世紀烏雲”那樣的話。這是他在1900年壹篇名為《遮蓋在熱和光的動力理論上的19世紀烏雲》的演說中講的。他說的“烏雲”有兩片,壹片是以太理論的困難,壹片是能量均分定理的困難。這兩個困難到20世紀都得到了解決,以太理論的困難是由狹義相對論消除的,能量均分定理的困難是量子論解決的。