Знаменитый английский
исследователь, один из основоположников
термодинамики, член многих
академий наук и научных обществ, в частности
Петербургской академии наук, Уильям Томсон (Кельвин)
(1824—1907) занимался самыми разными проблемами
физики, математики, техники [1—3]. Научные работы Уильям
Томсон начал писать уже в пятнадцатилетнем
возрасте. А всего он подготовил более 650 научных трудов.В 1851 году Томсон независимо от немецкого физика Рудольфа Клаузиуса (1822—1888) сформулировал второй закон термодинамики (Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии для систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Есть также третий закон термодинамики, чье открытие связано с именем немецкого исследователя Вальтера Нернста (1864—1941).) [1, 4—6]: “в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершенная за счет охлаждения теплового резервуара”. [Данная формулировка отражает тот факт, что взаимное превращение тепла и работы неравноценно: работу можно полностью превратить в тепло (путем трения, нагрева электрическим током и другими способами), а тепло полностью превратить в работу нельзя. Машину, многократно и полностью превращающую тепло в работу, называют вечным двигателем второго рода. Второй закон термодинамики отвергает возможность создания вечного двигателя второго рода.] Томсон широко применял термодинамический метод для объяснения различных физических явлений.
В середине 1850-х годов Уильям Томсон открыл так называемый третий термодинамический эффект (эффект Томсона) [1, 4, 5], заключающийся в том, что если вдоль проводника, по которому течет электрический ток, имеет место перепад температур, то, кроме джоулевой теплоты, в объеме проводника в зависимости от направления тока выделяется или поглощается еще некоторое количество теплоты (теплота Томсона). Тогда же он построил термодинамическую теорию термоэлектрических явлений.
Важные результаты были получены Томсоном при изучении электрических и магнитных явлений. В 1851 году он обнаружил изменение удельной электропроводности ферромагнетиков (типичными ферромагнетиками являются, например, железо, никель, сталь) при их намагничивании (эффект Томсона); через два года вывел формулу зависимости периода собственных колебаний в контуре от его емкости и индуктивности (формула Томсона); в1856 году обнаружил изменение сопротивления металлов в магнитном поле, перпендикулярном току. Теоретические исследования Томсона в области электромагнетизма и ряд его технических изобретений способствовали практическому осуществлению телеграфной связи, в частности, связи по трансатлантическому кабелю (соединившему в 1866 году Европу и Америку), в прокладке которого с самого большого судна того времени он принимал активное участие. Томсон показал, что скорость телеграфной передачи (определяемая промежутком времени между двумя посылками тока, при котором оба сигнала принимаются вполне отчетливо) обратно пропорциональна сопротивлению и электрической емкости кабеля, предложил использовать в качестве чувствительного приемника изобретенный им зеркальный гальванометр, способный улавливать слабые телеграфные сигналы, а несколько позже изобрел более удобный записывающий приемник — прибор для автоматической записи телеграмм, получивший название сифон-рекордер (recorder — самописец; записывающее устройство) [2, 3].
Важной деталью этого прибора являлась специальная капиллярная стеклянная трубочка диаметром 0,03 мм (сифон), один конец которой был погружен в сосуд с чернилами, а другой чертил на ленте непрерывную линию.
Вопросами телеграфии, а затем и телефонии Томсон продолжал потом заниматься всю жизнь [2]. Его можно назвать основоположником теории конструирования телеграфных кабелей (первых кабелей связи) для линий, имеющих большую протяженность.
Известны также исследования Томсона в области теплопроводности, результаты которых он пытался использовать для определения возраста Земли. Изучая проблему вращения Земли вокруг своей оси, он пришел к выводу, что морские приливы и отливы оказывают влияние на это вращение [1]. Кроме того, Томсон выдвинул гипотезу о строении атомов, выполнил расчеты размеров молекул.
Уильям Томсон — первый исследователь, получивший за свои научные заслуги титул пэра (звание представителей высшей аристократии в Англии и Франции (во Франции ликвидировано в XVIII веке)). Это случилось в 1892 году. Так сэр Томсон стал лордом Кельвином (Фамилия выбрана по названию реки, на чьем берегу стоит университет Глазго, где большую часть жизни работал ученый [3], или по названию небольшого ирландского городка неподалеку от бухты, откуда отправлялись экспедиции для прокладки трансатлантического телеграфного кабеля [2].). Его новым именем названы температурная шкала (шкала Кельвина) и единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (кельвин) [2—8].
Работы лорда Кельвина получили всемирное признание. На празднование 50-летнего юбилея его профессорской деятельности съехалось около 2500 гостей. Чествование длилось три дня.