William Thomson, Barão Kelvin
William Thomson, Barão Kelvin , na íntegra William Thomson, Barão Kelvin de Largs , também chamado (1866-92) Sir William Thomson , (nascido em 26 de junho de 1824, Belfast , County Antrim, Irlanda [agora na Irlanda do Norte] - morreu em 17 de dezembro de 1907, Netherhall, perto de Largs, Ayrshire, Escócia), engenheiro, matemático e físico escocês que influenciou profundamente o pensamento científico de sua geração.
Thomson, que foi nomeado cavaleiro e elevado à nobreza em reconhecimento ao seu trabalho em Engenharia e física, estava em primeiro lugar entre o pequeno grupo de cientistas britânicos que ajudaram a lançar as bases da física moderna. Suas contribuições para Ciência incluiu um papel importante no desenvolvimento da segunda lei de termodinâmica ; a escala de temperatura absoluta (medida em Kelvin s); a dinâmico teoria do calor; a análise matemática de eletricidade e magnetismo, incluindo as idéias básicas para a teoria eletromagnética da luz; a determinação geofísica da idade do terra ; e trabalho fundamental em hidrodinâmica. Seu trabalho teórico sobre telegrafia submarina e suas invenções para uso em cabos submarinos ajudaram a Grã-Bretanha a capturar um lugar proeminente na comunicação mundial durante o século XIX.
O estilo e o caráter do trabalho científico e de engenharia de Thomson refletiram sua personalidade ativa. Enquanto estudante no Universidade de Cambridge , ele foi premiado com sculls de prata por vencer o campeonato universitário em corridas de cascos de remo de um lugar. Ele foi um viajante inveterado durante toda a sua vida, passando muito tempo no continente e fazendo várias viagens aos Estados Unidos. Mais tarde na vida, ele viajou entre as casas em Londres e Glasgow. Thomson arriscou sua vida várias vezes durante a colocação do primeiro cabo transatlântico.
A visão de mundo de Thomson baseava-se em parte na crença de que todos os fenômenos que causavam força - como eletricidade, magnetismo e calor - eram o resultado de material invisível em movimento. Essa crença o colocava na vanguarda dos cientistas que se opunham à visão de que as forças eram produzidas por fluidos imponderáveis. No final do século, no entanto, Thomson, tendo persistido em sua crença, encontrou-se em oposição à perspectiva positivista que provou ser um prelúdio para o século XX.mecânica quânticae relatividade . A consistência da visão de mundo acabou colocando-o contra a corrente principal da ciência.
Mas a consistência de Thomson permitiu-lhe aplicar algumas idéias básicas a uma série de áreas de estudo. Ele reuniu loucura áreas da física - calor, termodinâmica, mecânica, hidrodinâmica, magnetismo e eletricidade - e, portanto, desempenharam um papel principal na grande e final síntese da ciência do século 19, que via todas as mudanças físicas como fenômenos relacionados à energia. Thomson também foi o primeiro a sugerir que havia analogias entre os tipos de energia . Seu sucesso como sintetizador de teorias sobre energia o coloca na mesma posição na física do século 19 que Sir Isaac Newton tem na física do século 17 ou Albert Einstein na física do século XX. Todos esses grandes sintetizadores prepararam o terreno para o próximo grande salto em frente na ciência.
Vida pregressa
William Thomson foi o quarto filho de uma família de sete. Sua mãe morreu quando ele tinha seis anos. Seu pai, James Thomson, que era um escritor de livros didáticos, ensinava matemática , primeiro em Belfast e depois como professor na Universidade de Glasgow; ele ensinou a seus filhos a matemática mais recente, grande parte da qual ainda não havia se tornado parte do currículo da universidade britânica. Uma relação excepcionalmente próxima entre um pai dominante e um filho submisso serviu para desenvolver a mente extraordinária de William.
William, de 10 anos, e seu irmão James, de 11 anos, matriculado na Universidade de Glasgow em 1834. Lá, William foi apresentado ao pensamento avançado e controverso de Jean-Baptiste-Joseph Fourier quando um dos professores de Thomson lhe emprestou o livro pioneiro de Fourier A Teoria Analítica do Calor , que aplicou técnicas matemáticas abstratas ao estudo do fluxo de calor através de qualquer objeto sólido. Os dois primeiros artigos publicados de Thomson, que apareceram quando ele tinha 16 e 17 anos, eram uma defesa do trabalho de Fourier, que estava sob ataque de cientistas britânicos. Thomson foi o primeiro a promover a ideia de que a matemática de Fourier, embora aplicada apenas ao fluxo de calor, poderia ser usada no estudo de outras formas de energia - sejam fluidos em movimento ou eletricidade fluindo através de um fio.
Thomson ganhou muitos prêmios universitários em Glasgow e, aos 15 anos, ganhou uma medalha de ouro por Um Ensaio sobre a Figura da Terra, no qual exibiu excepcional habilidade matemática. Esse ensaio, altamente original em sua análise, serviu como fonte de ideias científicas para Thomson ao longo de sua vida. Ele consultou o ensaio pela última vez poucos meses antes de morrer, aos 83 anos.
Thomson entrou em Cambridge em 1841 e fez um B.A. grau quatro anos depois com altas honras. Em 1845, ele recebeu uma cópia do livro de George Green Um ensaio sobre a aplicação da análise matemática às teorias da eletricidade e do magnetismo . Essa obra e o livro de Fourier foram os componentes a partir dos quais Thomson moldou sua visão de mundo e que o ajudaram a criar sua síntese pioneira da relação matemática entre eletricidade e calor. Depois de terminar em Cambridge, Thomson foi para Paris, onde trabalhou no laboratório do físico e químico Henri-Victor Regnault para adquirir competência experimental prática para complementar sua educação teórica.
A cadeira de filosofia natural (mais tarde chamada de física) na Universidade de Glasgow ficou vaga em 1846. O pai de Thomson então montou uma campanha cuidadosamente planejada e enérgica para que seu filho fosse nomeado para o cargo, e aos 22 anos William foi eleito por unanimidade. isto. Apesar dos elogios de Cambridge, Thomson permaneceu em Glasgow pelo resto de sua carreira. Renunciou à cátedra universitária em 1899, aos 75 anos, após 53 anos de uma frutífera e feliz associação com a instituição. Ele estava abrindo espaço, disse ele, para homens mais jovens.
O trabalho científico de Thomson foi orientado pelo convicção que as várias teorias que tratam da matéria e da energia convergiam para uma grande teoria unificada. Ele perseguiu o objetivo de uma teoria unificada, embora duvidasse que fosse alcançável em sua vida ou sempre. A base para a convicção de Thomson foi a cumulativo impressão obtida a partir de experimentos que mostram a inter-relação de formas de energia. Em meados do século 19, foi demonstrado que o magnetismo e a eletricidade, eletromagnetismo , e a luz estavam relacionadas, e Thomson havia mostrado por analogia matemática que havia uma relação entre os fenômenos hidrodinâmicos e uma corrente elétrica fluindo através de fios. James Prescott Joule também afirmou que havia uma relação entre movimento mecânico e calor, e sua ideia tornou-se a base para a ciência da termodinâmica.
Em 1847, em uma reunião da Associação Britânica para o Avanço da Ciência, Thomson ouviu pela primeira vez a teoria de Joule sobre a interconvertibilidade de calor e movimento. A teoria de Joule ia contra o conhecimento aceito da época, de que o calor era uma substância imponderável (calórica) e não poderia ser, como afirma Joule, uma forma de movimento. Thomson teve a mente aberta o suficiente para discutir com Joule o implicações da nova teoria. Na época, embora ele não pudesse aceitar a ideia de Joule, Thomson estava disposto a reservar um julgamento, especialmente porque a relação entre calor e movimento mecânico se encaixava em sua própria visão das causas do força . Em 1851, Thomson foi capaz de dar reconhecimento público à teoria de Joule, juntamente com um endosso cauteloso em um importante estudo matemático tratado , Na Teoria Dinâmica do Calor. O ensaio de Thomson continha sua versão da segunda lei da termodinâmica, que foi um grande passo em direção à unificação das teorias científicas.
O trabalho de Thomson sobre eletricidade e magnetismo também começou durante seus dias de estudante em Cambridge. Quando, muito mais tarde, James Clerk Maxwell decidiu realizar pesquisas em magnetismo e eletricidade, ele leu todos os artigos de Thomson sobre o assunto e adotou Thomson como seu mentor. Maxwell - em sua tentativa de sintetizar tudo o que se sabia sobre a inter-relação de eletricidade, magnetismo e luz - desenvolveu sua monumental teoria eletromagnética da luz, provavelmente a conquista mais significativa da ciência do século XIX. Esta teoria teve sua gênese no trabalho de Thomson, e Maxwell prontamente reconheceu sua dívida.
As contribuições de Thomson para a ciência do século 19 foram muitas. Ele apresentou as idéias de Michael Faraday, Fourier, Joule e outros. Usando análise matemática, Thomson extraiu generalizações de resultados experimentais. Ele formulou o conceito que deveria ser generalizado no dinâmico teoria da energia. Ele também colaborou com vários cientistas importantes da época, entre eles Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait e Joule. Com esses parceiros, ele avançou as fronteiras da ciência em diversas áreas, principalmente a hidrodinâmica. Além disso, Thomson originou a matemática analogia entre o fluxo de calor em corpos sólidos e o fluxo de eletricidade em condutores.
Thomson, William William Thomson, 1852. Photos.com/Thinkstock
O envolvimento de Thomson em uma controvérsia sobre a viabilidade de instalar um cabo transatlântico mudou o curso de seu trabalho profissional. Seu trabalho no projeto começou em 1854, quando Stokes, um correspondente vitalício em assuntos científicos, pediu uma explicação teórica do aparente atraso em uma corrente elétrica que passa por um longo cabo. Em sua resposta, Thomson referiu-se ao seu artigo inicial On the Uniform Motion of Heat em Homogêneo Corpos sólidos e sua conexão com a teoria matemática da eletricidade (1842). A ideia de Thomson sobre a analogia matemática entre fluxo de calor e corrente elétrica funcionou bem em sua análise do problema de envio de mensagens telegráficas através do cabo planejado de 4.800 km (3.000 milhas). Suas equações que descrevem o fluxo de calor através de um fio sólido mostraram-se aplicáveis a questões sobre a velocidade de uma corrente em um cabo.
A publicação da resposta de Thomson a Stokes levou a uma refutação por E.O.W. Whitehouse, eletricista-chefe da Atlantic Telegraph Company. Whitehouse afirmou que a experiência prática refutou as descobertas teóricas de Thomson, e por um tempo a visão de Whitehouse prevaleceu com os diretores da empresa. Apesar da discordância, Thomson participou, como consultor-chefe, das perigosas expedições iniciais de instalação de cabos. Em 1858, Thomson patenteou seu receptor de telégrafo, chamado galvanômetro de espelho, para uso no cabo Atlântico. (O dispositivo, junto com sua modificação posterior chamada de gravador de sifão, passou a ser usado na maior parte da rede mundial de cabos submarinos.) Eventualmente, os diretores da Atlantic Telegraph Company demitiram Whitehouse, adotaram as sugestões de Thomson para o projeto do cabo, e decidiu a favor do galvanômetro de espelho. Thomson foi nomeado cavaleiro em 1866 pela Rainha Vitória por seu trabalho.
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