Rudolf Clausius

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La somme algébrique de toutes les transformations qui se produisent dans un processus cyclique ne peut être que positive, ou, en cas extrême, égale à zéro.

Rudolf Julius Emanuel Clausius était un physicien et mathématicien allemand et est considéré comme l'un des fondateurs centraux de la science de la thermodynamique. En reformulant le principe de Sadi Carnot connu sous le nom de cycle de Carnot, il a donné à la théorie de la chaleur une base plus vraie et plus solide. Son article le plus important, « On the Moving Force of Heat », publié en 1850, a énoncé pour la première fois les idées fondamentales de la deuxième loi de la thermodynamique. En 1865, il a introduit le concept d'entropie. En 1870, il a introduit le théorème du viriel qui s'appliquait à la chaleur.

Vie

Clausius est né à Köslin, aujourd'hui Koszalin, Pologne, dans la province de Poméranie en Prusse. Son père était un pasteur protestant et inspecteur d'école, et Rudolf a étudié à l'école de son père. En 1838, il s'est rendu au Gymnasium de Stettin. Clausius a obtenu son diplôme de l'Université de Berlin en 1844, où il avait étudié les mathématiques et la physique depuis 1840 avec, entre autres, Gustav Magnus, Peter Gustav Lejeune Dirichlet et Jakob Steiner. Il a également étudié l'histoire avec Leopold von Ranke. En 1848, il a obtenu son doctorat de l'Université de Halle sur les effets optiques dans l'atmosphère terrestre. En 1850, il est devenu professeur de physique à l'École royale d'artillerie et d'ingénierie à Berlin et Privatdozent à l'Université de Berlin. En 1855, il est devenu professeur à l'ETH Zürich, l'École polytechnique fédérale de Zurich, où il a travaillé jusqu'en 1867. Cette année-là, il a déménagé à Würzburg et deux ans plus tard, en 1869, à Bonn.

En 1870, Clausius a organisé un corps d'ambulanciers pendant la Guerre franco-prussienne. Il a été blessé au combat, ce qui lui a laissé un handicap permanent. Il a reçu la Croix de fer pour ses services.

Son épouse, Adelheid Rimpau, est décédée en 1875, le laissant élever leurs six enfants. En 1886, il a épousé Sophie Sack, et a alors eu un autre enfant. Deux ans plus tard, le 24 août 1888, il est mort à Bonn, Allemagne.

Travaux

La thèse de doctorat de Clausius concernant la réfraction de la lumière proposait que nous voyions un ciel bleu pendant le jour, et diverses nuances de rouge à l'aube et au coucher du soleil, entre autres phénomènes dus à la réflexion et à la réfraction de la lumière. Plus tard, Lord Rayleigh montrerait que c'était en fait dû à la diffusion de la lumière, mais quoi qu'il en soit, Clausius a utilisé une approche beaucoup plus mathématique que certains ont utilisée.

Pierre commémorative devant l'Université technologique de Koszalin, avec les lois de la thermodynamique telles que formulées par Clausius

Son article le plus célèbre, Ueber die bewegende Kraft der Wärme « On the Moving Force of Heat and the Laws of Heat which may be Deduced Therefrom » a été publié en 1850, et traitait de la théorie mécanique de la chaleur. Dans cet article, il a montré qu'il y avait une contradiction entre le principe de Carnot et le concept de conservation de l'énergie. Clausius a reformulé les deux lois de la thermodynamique pour surmonter cette contradiction ; la troisième loi a été développée par Walther Nernst, au cours des années 1906–1912. Cet article l'a rendu célèbre parmi les scientifiques.

L'énoncé le plus célèbre de Clausius de la deuxième loi de la thermodynamique a été publié en allemand en 1854, et en anglais en 1856.

La chaleur ne peut jamais passer d'un corps plus froid à un corps plus chaud sans qu'un autre changement, lié à cela, ne se produise en même temps.

Au cours de 1857, Clausius a contribué au domaine de la théorie cinétique après avoir affiné le modèle cinétique gazeux très simple d'August Krönig pour inclure les mouvements moléculaires de translation, de rotation et de vibration. Dans ce même travail, il a introduit le concept de « libre parcours moyen » d'une particule.

Clausius a déduit la relation de Clausius–Clapeyron de la thermodynamique. Cette relation, qui est une façon de caractériser la transition de phase entre deux états de la matière tels que solide et liquide, avait à l'origine été développée en 1834 par Émile Clapeyron.

Entropie

En 1865, Clausius a donné la première version mathématique du concept d'entropie, et lui a également donné son nom. Clausius a choisi le mot parce que le sens du grec ἐν en « en » et τροπή tropē « transformation » est « contenu transformatif » ou « contenu de transformation » « Verwandlungsinhalt ». Il a utilisé l'unité maintenant abandonnée « Clausius », symbole : Cl pour l'entropie.

L'article historique de 1865 dans lequel il a introduit le concept d'entropie se termine par le résumé suivant des première et deuxième lois de la thermodynamique :

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