Rudolf Julius Emanuel Clausius Fatos


O físico alemão Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888) foi um dos principais arquitetos da termodinâmica e da teoria cinética dos gases.<

Nascido em 2 de janeiro de 1822, em Köslin, Pomerânia, R. J. E. Clausius era o sexto filho dos 18 filhos do Reverendo C. E. G. Clausius, pastor luterano e conselheiro do Conselho Escolar do Governo Real, em Köslin. O jovem Clausius recebeu grande parte de sua educação primária e secundária na escola particular que seu pai estabeleceu em Uckermünde. Após graduar-se no ginásio em Stettin, Clausius matriculou-se na Universidade de Berlim e em 1844 obteve o certificado de professor.

Durante os próximos 6 anos Clausius ensinou física no Ginásio Friedrich Werder, em Berlim. Ele recebeu seu doutorado em 1848 da Universidade de Halle com uma dissertação que deu pela primeira vez a explicação do céu azul e do pôr-do-sol vermelho em termos da reflexão seletiva de vários comprimentos de onda de luz por partículas presentes na atmosfera. Em 1850 Clausius tornou-se professor de física na Escola Real de Artilharia e Engenharia em Berlim e também obteve o grau de privat-dozent na Universidade de Berlim.

Teorias de Calor

Clausius apresentou seu trabalho “On the Motive Power of Heat and on the Laws Which Can Be Deduced from It for the Theory of Heat” (Sobre o Poder Motivo do Calor e sobre as Leis que Podem ser Deduzidas a partir dele para a Teoria do Calor) em 1850. Seu significado pode ser melhor medido pelos comentários de James Clerk Maxwell, que anos depois escreveu que Clausius “declarou pela primeira vez o princípio de Carnot de uma maneira consistente com a verdadeira teoria do calor”. A “verdadeira teoria” era a consideração do calor como um processo mecânico.

Sadi Carnot explicou sua teoria muito bem sucedida sobre a eficiência das máquinas a vapor, no entanto, pareceu contradizer a teoria mecânica. Nas palavras de Carnot, “não se perdeu calor” quando uma máquina a vapor produzia trabalho ao passar por seus ciclos. Cláudio insistiu que a “nova teoria” só poderia ser uma teoria mecânica. Mais importante, ele mostrou que era bastante consistente com a teoria mecânica assumir que quando o trabalho era feito por calor, uma parte do calor era “perdida”, ou melhor, era transformada em trabalho.

Esta parte do calor e a outra parte que foi rejeitada no reservatório frio do motor estava, nas palavras de Cláudio, em uma “certa relação definitiva com a quantidade de trabalho produzido”

Dois artigos posteriores publicados em 1851 por Clausius esclareceram apenas alguns detalhes de sua primeira memória, mas em 1854 ele confrontou mais uma vez os fundamentos. O que ficou conhecido como seu quarto livro de memórias trazia o título “Sobre uma Forma Modificada do Segundo Teorema Fundamental da Teoria Mecânica do Calor”. Nele Cláudio propôs fazer do teorema de Carnot uma forma particular da proposta geral, “O calor nunca pode passar de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem que alguma outra mudança, ligada a ele, ocorra ao mesmo tempo”. Com uma análise penetrante, Clausius mostrou que o ciclo de Carnot correspondia ao integral ∫ (dQ/T ), cujo valor era zero para um processo reversível, ou ideal. Para um processo irreversível, ou real, o valor correspondente só poderia ser positivo.

Aqui estava uma proposta de suma importância, mas seu pleno significado só foi explicitado por Clausius cerca de 10 anos depois. Enquanto isso, ele se mudou para Zurique para servir como professor de física no Instituto Técnico Federal Suíço. Dois anos mais tarde, ele também assumiu a cátedra de professor na Universidade de Zurique. Em Zurique, ele se casou com Adelheid Rimpau; eles tiveram seis filhos.

Teoria Cinética dos Gases

Os frutos científicos dos primeiros anos de Clausius em Zurique relacionados com a teoria cinética dos gases. Clausius alcançou sua tarefa em dois trabalhos: “Sobre o Tipo de Movimento que Chamamos de Aquecimento” (1857) e “Sobre o Comprimento Médio dos Caminhos que são Percorridos por Moléculas Únicas no Movimento Molecular dos Corpos Gasosos” (1858). A partir da suposição de que as moléculas se movem em um caminho reto, Clausius calculou a velocidade média das moléculas de hidrogênio à temperatura e pressão normais. Como o valor, cerca de 2.000 metros por segundo, parecia contradizer a baixa taxa de difusão gasosa, Clausius ofereceu como explicação a importante noção do caminho médio livre das moléculas.

A poucos anos depois, em 1862, Clausius publicou seu trabalho “Sobre a condutividade térmica dos corpos gasosos”, no qual ele derivou com sucesso de considerações teóricas os dados experimentalmente conhecidos em questão. Ele mereceu os elogios de Maxwell, que se referiu a Clausius como o primeiro que “nos deu idéias precisas sobre o movimento de agitação das moléculas”. Maxwell também descreveu a adoção de princípios mecânicos aos estudos moleculares como sendo “em grande medida o trabalho do Prof.

O ano de 1862 também viu o retorno da total atenção de Clausius à termodinâmica. Os resultados falaram por si mesmos. No documento conhecido como sua sexta memória, “Sobre a Aplicação do Teorema da Equivalência das Transformações ao Trabalho Interior”, ele concluiu que era “praticamente impossível chegar ao zero absoluto de temperatura por qualquer alteração da condição de um corpo”

Conceito de Entropia

Em 24 de abril de 1865, Clausius leu diante da Sociedade Filosófica de Zurique seu artigo mais lembrado, ou nona memória, “Sobre várias formas convenientes das Equações Fundamentais da Teoria Mecânica do Calor”. Nele foi usada pela primeira vez a palavra “entropia”. A palavra, como Clausius observou, foi cunhada por ele do gregoτροπε, ou transformação: “Eu formei intencionalmente a palavra entropy de modo a ser o mais semelhante possível à palavra energia; para que as duas magnitudes a serem denotadas por estas palavras sejam tão quase aliadas em seus significados físicos, que uma certa semelhança na designação parece ser desejável”

Em linguagem não técnica, entropia significa a inevitável transformação de alguma parte da energia em qualquer processo físico real em uma forma que não é mais utilizável. Cláudio revelou as conseqüências cósmicas de longo alcance de sua análise dos fundamentos da termodinâmica: “Se para todo o universo concebemos a mesma magnitude a ser determinada, consistentemente e com a devida consideração a todas as circunstâncias, que para um único corpo denominei entropia, e se ao mesmo tempo introduzimos a outra e mais simples concepção de energia, podemos expressar da seguinte forma as leis fundamentais do universo que correspondem aos dois teoremas fundamentais da teoria mecânica do calor. (1) A energia do Universo é constante. (2) A entropia do universo tende a um máximo”

Em 1869 Clausius aceitou um convite para ser professor de física na Universidade de Bonn depois de ter passado 2 anos na mesma função na Universidade de Würzburg. A Universidade de Bonn representou a última fase da carreira acadêmica de Clausius. Lá ele escreveu em

1870 seu último trabalho importante sobre termodinâmica, que continha a noção de virial. Em 1876 ele publicou uma segunda versão, consideravelmente ampliada e revisada do que era principalmente uma coleção de suas memórias que havia sido impressa em 1864 sob o título Abhandlungen über die mechanische Wärmetheorie. A nova edição, intitulada Die mechanische Wärmetheorie (A Teoria Mecânica do Calor), foi por várias décadas o padrão para livros didáticos sobre termodinâmica. A segunda parte do livro trata da análise dos fenômenos elétricos com base em princípios mecânicos, um tópico que dominou a atenção de Clausius em Bonn.

A esposa de Clausius morreu em 1875. Onze anos depois ele se casou com Sophie Sack, por quem teve um filho. No verão de 1886, ele começou a apresentar sintomas de anemia aguda. No entanto, ele continuou com o trabalho de imprimir a terceira edição de sua Wärmetheorie, e até mesmo realizou exames de seu leito doente. Ele foi a encarnação da sinceridade e consciência até o final, que veio em 24 de agosto de 1888.

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Leitura adicional sobre Rudolf Julius Emanuel Clausius

Em francês, R. Clausius, sa vie, ses travaux et leur portée métaphysique (1890), é um livreto de F. Folie, um amigo próximo da família Clausius e diretor do Observatório de Bruxelas. Os principais documentos que representam o surgimento da termodinâmica como um ramo completo da física estão reunidos em W. F. Magie, ed., The Second Law of Thermodynamics: Memórias de Carnot, Clausius e Thomson (1899). Um bom relato crítico dos passos que levam à formulação completa da segunda lei da termodinâmica é dado no ensaio de Frederick O. Koenig, “On the History of Science and of the Second Law of Thermodynamics”, em Herbert McLean Evans, ed., Mens/Homens e Momentos na História da Ciência (1959).


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