Julius von Mayer

Природа поставила перед собой задачу, как поймать в полёте свет, льющийся на Землю, и сохранить самую неуловимую из всех сил в жёсткой форме. Растения принимают одну форму силы, свет; и производят другую силу, химическую разницу.

Julius Robert von Mayer был немецким врачом, химиком и физиком и одним из основателей термодинамики. Он наиболее известен тем, что сформулировал в 1841 году одно из исходных утверждений о сохранении энергии, или то, что в настоящее время известно как одна из первых версий первого закона термодинамики, а именно то, что «энергия не может быть ни создана, ни уничтожена». В 1842 году Mayer описал жизненно важный химический процесс, называемый окислением, как первичный источник энергии для любого живого существа. Его достижения были упущены, и приоритет открытия механического эквивалента тепла был приписан James Joule в следующем году. Он также предположил, что растения преобразуют свет в химическую энергию.

Ранняя жизнь

Mayer родился 25 ноября 1814 года в Heilbronn, Württemberg Baden-Württemberg, современной Германии, в семье фармацевта. Он вырос в Heilbronn. После завершения своего Abitur он изучал медицину в Университете Tübingen, где был членом Corps Guestphalia, немецкого студенческого корпуса. В 1838 году он получил докторскую степень и сдал Staatsexamen. После пребывания в Paris 1839/40 он уехал в качестве судового врача на голландском трёхмачтовом парусном корабле в путешествие в Jakarta.

Хотя перед этим путешествием он едва интересовался физическими явлениями, его наблюдение того, что волны, взбитые штормом, теплее, чем спокойное море, заставило его размышлять о физических законах, в частности о физическом явлении тепла и о вопросе о том, должно ли быть учтено только непосредственно развитое тепло, тепло сгорания, или сумма количеств тепла, развитых прямым и косвенным путём, в процессе горения. После его возвращения в феврале 1841 года Mayer посвятил свои усилия решению этой проблемы.

В 1841 году он обосновался в Heilbronn и женился.

Развитие идей

Ещё в детстве Mayer проявлял острый интерес к различным механическим механизмам. Он был молодым человеком, который проводил различные эксперименты физического и химического характера. Фактически, одним из его любимых хобби было создание различных типов электрических устройств и воздушных насосов. Было очевидно, что он был умён. Поэтому Mayer посещал Eberhard-Karls University в мае 1832 года. Он изучал медицину во время своего пребывания там.

В 1837 году он и некоторые из его друзей были арестованы за ношение couleurs запрещённой организации. Последствия этого ареста включали исключение из колледжа на один год и краткий период тюремного заключения. Это отступление отправило Mayer путешествовать в Switzerland, France и Dutch East Indies. Mayer привлёк дополнительный интерес к математике и инженерии от своего друга Carl Baur посредством частного репетиторства. В 1841 году Mayer вернулся в Heilbronn, чтобы заниматься медициной, но физика стала его новой страстью.

В июне 1841 года он завершил свою первую научную работу под названием «О количественном и качественном определении сил». Она была в значительной степени игнорирована другими профессионалами в этой области. Затем Mayer заинтересовался областью тепла и его движением. Он представил численное значение механического эквивалента тепла. Он также был первым человеком, который описал жизненно важный химический процесс, называемый окислением, как первичный источник энергии для любого живого существа.

В 1848 году он подсчитал, что в отсутствие источника энергии Солнце охладилось бы всего за 5000 лет, и предположил, что удары метеоритов держали его в горячем состоянии.

Поскольку его не воспринимали всерьёз в то время, его достижения были упущены и заслуга была отдана James Joule. Mayer едва не совершил самоубийство после того, как обнаружил этот факт. Он провёл некоторое время в психиатрических учреждениях, чтобы восстановиться от этого и потери некоторых из его детей. Несколько его работ были опубликованы благодаря передовому характеру физики и химии. Ему была присуждена почётная докторская степень в 1859 году философским факультетом Университета Tübingen. Его упущенная работа была возрождена в 1862 году сотрудником-физиком John Tyndall в лекции в London Royal Institution. В июле 1867 года Mayer опубликовал «Die Mechanik der Wärme». Эта публикация касалась механики тепла и его движения. 5 ноября 1867 года Mayer была присуждена личная дворянство королевством Württemberg von Mayer, что является немецким эквивалентом британского рыцарства. Julius Robert von Mayer умер в Германии.

it for caloric, Mayer был первым человеком, который сформулировал закон сохранения энергии, один из наиболее фундаментальных принципов современной физики. Закон сохранения энергии гласит, что полная механическая энергия системы остаётся постоянной в любой изолированной системе объектов, которые взаимодействуют друг с другом только посредством консервативных сил. Первая попытка Mayer сформулировать сохранение энергии была статьёй, которую он отправил в Annalen der Physik Johann Christian Poggendorff, в которой он постулировал сохранение силы Erhaltungssatz der Kraft. Однако из-за отсутствия у Mayer передовой подготовки по физике она содержала некоторые фундаментальные ошибки и не была опубликована. Mayer продолжил настойчиво追求 идею и спорил с профессором физики Tübingen Johann Gottlieb Nörremberg, который отклонил его гипотезу. Nörremberg, однако, дал Mayer ряд ценных предложений о том, как идею можно было бы проверить экспериментально; например, если кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, вода должна нагреваться вибрацией.

Mayer не только проводил эту демонстрацию, но и определил количественный фактор преобразования, вычислив механический эквивалент тепла. Результат его исследований был опубликован в 1842 году в майском издании Annalen der Chemie und Pharmacie Justus von Liebig. Это было переведено как «Замечания о силах неорганической природы» В его буклете Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel «Органическое движение в связи с обменом веществ», 1845 он указал численное значение механического эквивалента тепла: сначала как 365 kgf·m/kcal, позже как 425 kgf·m/kcal; современные значения составляют 4.184 kJ/kcal 426.6 kgf·m/kcal для термохимической калории и 4.1868 kJ/kcal 426.9 kgf·m/kcal для международной паровой таблицы калории.

Это соотношение означает, что, хотя работа и тепло являются различными формами энергии, они могут быть преобразованы друг в друга. Этот закон теперь называется первым законом термодинамики и привёл к формулировке общего принципа сохранения энергии, окончательно сформулированного Hermann von Helmholtz в 1847 году.

Соотношение Mayer

Mayer вывел соотношение между удельной теплоёмкостью при постоянном давлении и удельной теплоёмкостью при постоянном объёме для идеального газа. Соотношение:

C P , m − C V , m = R ,

где CP,m — удельная теплоёмкость при постоянном давлении, CV,m — удельная теплоёмкость при постоянном объёме и R — газовая постоянная.

Для более общих однородных веществ, а не просто идеальных газов, разница принимает форму,

см. соотношения между теплоёмкостями, где C P — изотермическая сжимаемость.

Из этого соотношения можно сделать несколько выводов:

• Поскольку изотермическая сжимаемость β T является положительной величиной или нулём, удельная теплоёмкость при постоянном давлении всегда больше или равна удельной теплоёмкости при постоянном объёме.
• Когда абсолютная температура системы приближается к нулю, разница между CP,m и CV,m также приближается к нулю.
• Для несжимаемых веществ CP,m и CV,m идентичны. Также для веществ, которые почти несжимаемы, таких как твёрдые тела и жидкости, разница между двумя удельными теплоёмкостями незначительна.

Более поздняя жизнь

Mayer осознавал важность своего открытия, но его неспособность выражать себя научно привела к унизительным спекуляциям и сопротивлению научного сообщества. Современные физики отвергли его принцип сохранения энергии, и даже прославленные физики Hermann von Helmholtz и James Prescott Joule смотрели на его идеи враждебно. Первый сомневался в квалификации Mayer в физических вопросах, а с последним разгорелся горячий спор о приоритете.

В 1848 году двое из его детей умерли в быстрой последовательности, и психическое здоровье Mayer ухудшилось. Он попытался совершить самоубийство 18 мая 1850 года и был помещён в психиатрическое учреждение. После его освобождения он был сломленным человеком и только робко вернулся в общественную жизнь в 1860 году. Однако в то же время его научная слава выросла, и он получил позднее признание своего достижения, хотя, возможно, в то время, когда он уже был не в состоянии наслаждаться им.

Он продолжал энергично работать врачом до самой своей смерти.

Награды

• 1840 Julius von Mayer получил Knight Cross of the Order of the Crown Württemberg.
• 1869 Mayer получил prix Poncelet.
• Robert-Mayer-Gymnasium и Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte в Heilbronn носят его имя.

В химии он изобрёл реактив Mayer, который используется при обнаружении алкалоидов.

Работы

• 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