Julius von Mayer

A natureza colocou para si mesma o problema de como capturar em voo a luz que flui para a Terra e armazenar o mais elusivo de todos os poderes em forma rígida. As plantas absorvem uma forma de poder, a luz; e produzem outro poder, diferença química.

Julius Robert von Mayer foi um médico, químico e físico alemão e um dos fundadores da termodinâmica. É mais conhecido por enunciar em 1841 uma das declarações originais da conservação de energia ou o que agora é conhecido como uma das primeiras versões da primeira lei da termodinâmica, a saber, que "a energia não pode ser criada nem destruída". Em 1842, Mayer descreveu o processo químico vital agora conhecido como oxidação como a fonte primária de energia para qualquer criatura viva. Seus achievements foram negligenciados e o crédito pela descoberta do equivalente mecânico do calor foi atribuído a James Joule no ano seguinte. Ele também propôs que as plantas convertem luz em energia química.

Primeiros anos

Mayer nasceu em 25 de novembro de 1814 em Heilbronn, Württemberg Baden-Württemberg, atual Alemanha, filho de um farmacêutico. Cresceu em Heilbronn. Após completar seu Abitur, estudou medicina na Universidade de Tübingen, onde foi membro do Corps Guestphalia, um Corps de Estudantes Alemão. Durante 1838 obteve seu doutorado e também passou no Staatsexamen. Após uma estadia em Paris 1839/40 deixou como médico de bordo em um navio de três mastros holandês para uma jornada a Jakarta.

Embora tenha tido pouco interesse anterior em fenômenos físicos, sua observação de que ondas açoitadas por tempestades são mais quentes que o mar calmo o fez pensar sobre as leis físicas, em particular sobre o fenômeno físico do calor e a questão de se o calor diretamente desenvolvido somente o calor da combustão, ou a soma das quantidades de calor desenvolvidas de formas diretas e indiretas deve ser contabilizada no processo de queima. Após seu retorno em fevereiro de 1841, Mayer dedicou seus esforços para resolver este problema.

Em 1841 ele se estabeleceu em Heilbronn e se casou.

Desenvolvimento das ideias

Ainda criança, Mayer mostrou um intenso interesse em vários mecanismos mecânicos. Era um jovem que realizava vários experimentos de variedade física e química. De fato, um de seus hobbies favoritos era criar vários tipos de dispositivos elétricos e bombas de ar. Era óbvio que era inteligente. Portanto, Mayer frequentou a Universidade Eberhard-Karls em maio de 1832. Estudou medicina durante seu tempo lá.

Em 1837, ele e alguns de seus amigos foram presos por usar as couleurs de uma organização proibida. As consequências dessa prisão incluíram uma expulsão de um ano da faculdade e um breve período de encarceramento. Esse desvio enviou Mayer viajando pela Suíça, França e Índias Orientais Holandesas. Mayer adquiriu interesse adicional em matemática e engenharia de seu amigo Carl Baur através de tutoria privada. Em 1841, Mayer retornou a Heilbronn para praticar medicina, mas a física se tornou sua nova paixão.

Em junho de 1841 completou seu primeiro artigo científico intitulado "Sobre a Determinação Quantitativa e Qualitativa das Forças". Foi largamente ignorado por outros profissionais da área. Então, Mayer se interessou pela área de calor e seu movimento. Apresentou um valor em termos numéricos para o equivalente mecânico do calor. Também foi a primeira pessoa a descrever o processo químico vital agora referido como oxidação como a fonte primária de energia para qualquer criatura viva.

Em 1848 calculou que na ausência de uma fonte de energia o Sol esfriaria em apenas 5000 anos, e sugeriu que o impacto de meteoritos o mantinha quente.

Como não foi levado a sério na época, suas realizações foram negligenciadas e o crédito foi dado a James Joule. Mayer quase cometeu suicídio depois de descobrir esse fato. Passou algum tempo em instituições mentais para se recuperar disso e da perda de alguns de seus filhos. Vários de seus artigos foram publicados devido à natureza avançada da física e química. Recebeu um doutorado honorário em 1859 pela faculdade filosófica da Universidade de Tübingen. Seu trabalho negligenciado foi revivido em 1862 pelo físico colega John Tyndall em uma palestra na London Royal Institution. Em julho de 1867 Mayer publicou "Die Mechanik der Wärme." Esta publicação lidava com a mecânica do calor e seu movimento. Em 5 de novembro de 1867 Mayer recebeu nobreza pessoal do Reino de Württemberg von Mayer, o equivalente alemão de um título de cavaleiro britânico. Julius Robert von Mayer morreu na Alemanha.

it for caloric, Mayer foi a primeira pessoa a enunciar a lei da conservação de energia, um dos princípios mais fundamentais da física moderna. A lei da conservação de energia afirma que a energia mecânica total de um sistema permanece constante em qualquer sistema isolado de objetos que interagem entre si apenas através de forças conservativas. A primeira tentativa de Mayer de enunciar a conservação de energia foi um artigo que enviou para Annalen der Physik de Johann Christian Poggendorff, no qual postulou uma conservação de força Erhaltungssatz der Kraft. No entanto, devido à falta de treinamento avançado de Mayer em física, continha alguns erros fundamentais e não foi publicado. Mayer continuou perseguindo a ideia firmemente e argumentou com o professor de física de Tübingen Johann Gottlieb Nörremberg, que rejeitou sua hipótese. Nörremberg, no entanto, deu a Mayer várias sugestões valiosas sobre como a ideia poderia ser examinada experimentalmente; por exemplo, se a energia cinética se transforma em energia térmica, a água deveria ser aquecida por vibração.

Mayer não apenas realizou esta demonstração, mas também determinou o fator quantitativo da transformação, calculando o equivalente mecânico do calor. O resultado de suas investigações foi publicado em 1842 na edição de maio de Annalen der Chemie und Pharmacie de Justus von Liebig. Foi traduzido como Observações sobre as Forças da Natureza Inorgânica Em seu livreto Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel O Movimento Orgânico em Conexão com o Metabolismo, 1845 ele especificou o valor numérico do equivalente mecânico do calor: primeiro como 365 kgf·m/kcal, depois como 425 kgf·m/kcal; os valores modernos são 4.184 kJ/kcal 426.6 kgf·m/kcal para a caloria termoquímica e 4.1868 kJ/kcal 426.9 kgf·m/kcal para a caloria da tabela de vapor internacional.

Esta relação implica que, embora trabalho e calor sejam diferentes formas de energia, eles podem ser transformados um no outro. Esta lei é agora chamada de primeira lei da termodinâmica, e levou à formulação do princípio geral da conservação de energia, definitivamente declarado por Hermann von Helmholtz em 1847.

Relação de Mayer

Mayer derivou uma relação entre calor específico a pressão constante e o calor específico a volume constante para um gás ideal. A relação é:

C P , m − C V , m = R ,

onde CP,m é o calor específico a pressão constante, CV,m é o calor específico a volume constante e R é a constante dos gases.

Para substâncias homogêneas mais gerais, não apenas gases ideais, a diferença toma a forma,

veja relações entre capacidades térmicas, onde C P é a compressibilidade isotérmica.

A partir desta relação, várias inferências podem ser feitas:

• Como a compressibilidade isotérmica β T é uma quantidade positiva ou zero, o calor específico a pressão constante é sempre maior ou igual ao calor específico a volume constante.
• Quando a temperatura absoluta do sistema se aproxima de zero, a diferença entre CP,m e CV,m também se aproxima de zero.
• Para substâncias incompressíveis, CP,m e CV,m são idênticas. Também para substâncias que são quase incompressíveis, como sólidos e líquidos, a diferença entre os dois calores específicos é negligenciável.

Vida posterior

Mayer era consciente da importância de sua descoberta, mas sua incapacidade de se expressar cientificamente levou a especulação degradante e resistência do estabelecimento científico. Físicos contemporâneos rejeitaram seu princípio da conservação de energia, e até mesmo os aclamados físicos Hermann von Helmholtz e James Prescott Joule viam suas ideias com hostilidade. O primeiro duvidava das qualificações de Mayer em questões físicas, e uma disputa amarga sobre prioridade desenvolveu-se com o segundo.

Em 1848 dois de seus filhos morreram rapidamente em sucessão, e a saúde mental de Mayer se deteriorou. Tentou suicídio em 18 de maio de 1850 e foi internado em uma instituição mental. Depois de ser liberado, era um homem quebrado e apenas timidamente retornou à vida pública em 1860. No entanto, nesse meio tempo, sua fama científica havia crescido e ele recebeu uma apreciação tardia de sua realizações, embora talvez em um estágio em que não conseguisse mais apreciá-la.

Continuou a trabalhar vigorosamente como médico até sua morte.

Honrarias

• 1840 Julius von Mayer recebeu a Cruz de Cavaleiro da Ordem da Coroa de Württemberg.
• 1869 Mayer recebeu o prêmio Poncelet.
• O Robert-Mayer-Gymnasium e o Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte em Heilbronn levam seu nome.

Em Química, ele inventou o reagente de Mayer que é usado na detecção de alcaloides.

Obras

• Ueber das Santonin : eine Inaugural-Dissertation, welche zur Erlangung der Doctorwürde in der Medicin & Chirurgie unter dem Praesidium von Wilhelm Rapp im July 1838 der öffentlichen Prüfung vorlegt Julius Robert Mayer . M. Müller, Heilbronn 1838 Digital edition by the University and State Library Düsseldorf