Rudolf Clausius

Rudolf Clausius
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Physicien allemand (Köslin, Prusse, 1822 – Bonn, 1888).

Étudiant à l’université de Berlin, il se détourna de l’histoire pour s’adonner aux mathématiques et à la physique. Ohm et Dedekind furent ses professeurs. Le résultat de ses recherches en physique lui valurent d’enseigner à l’École royale d’artillerie et de génie de Berlin (1850) puis à l’Institut polytechnique de Zurich (1855).

Dès ses premiers travaux, certains portant sur l’élasticité des solides, d’autres sur la couleur du ciel, il analysa les situations au moyen de modèles moléculaires soumis à un traitement mathématique élaboré. Fidèle à cette voie, il en vint à rejeter la théorie du calorique, selon laquelle la chaleur est une substance qui se conserve en toutes circonstances, passant seulement d’un corps à un autre.

Clausius exposa sa nouvelle théorie dès 1850. Il considérait comme bien établi par Joule que le travail peut se transformer en chaleur, et il interpréta celle-ci comme étant constituée par l’énergie cinétique relative à l’agitation des molécules. Il introduisit la notion d’énergie interne, mais son apport majeur fut le concept d’entropie. Il montra que cette grandeur, spontanément, ne peut que croître (seconde loi de la thermodynamique), tandis que l’énergie reste constante (première loi). Des controverses s’ensuivirent, notamment avec P.G. Tait, dans lesquelles Clausius reçut l’appui de J.C. Maxwell et de W. Thomson.

En 1857, il donna une première mouture de la théorie cinétique des gaz. Dans son modèle les molécules possèdent, outre un mouvement de translation, une rotation et un mouvement vibratoire, et Clausius prit en compte les collisions. Il montra que ce modèle expliquait l’évaporation d’un liquide. Il put aussi fournir une justification de l’hypothèse d’Avogadro indépendante de toute considération chimique; à savoir que, sous les mêmes conditions de pression et de température, des volumes égaux de gaz contiennent autant de molécules. Clausius ne chercha pas, pourtant, à donner une interprétation cinétique de la loi d’accroissement de l’entropie et il ne s’intéressa guère aux travaux des autres scientifiques dans ce domaine. C’est Boltzmann qui associa l’entropie d’un système au désordre moléculaire.

Dans une publication de 1858, il introduisit la notion de trajet moyen d’une molécule. Il lui fallait expliquer pourquoi l’expansion d’un gaz ne se faisait pas de façon quasi immédiate, malgré la vitesse qu’il attribuait aux molécules. Il y parvint en démontrant que les collisions expliquaient le phénomène. Il prit comme hypothèse, à cet effet, que les interactions étaient le fait de forces de répulsion n’agissant qu’à une distance Bonn. Ses travaux ultérieurs de physique mathématique eurent pour objet la théorie de l’électrodynamique, les recherches de Weber en particulier limitée. Il calcula alors le trajet libre moyen en fonction de la distance moyenne des molécules et de la limite admise pour l’interaction. Mais, contrairement à Maxwell qui mit en œuvre une distribution de vitesse, Clausius s’en tint à une vitesse unique.En 1867, il laissa Zurich pour occuper une chaire à Würzburg, et deux ans plus tard il partit enseigner à Bonn. Ses travaux ultérieurs de physique mathématique eurent pour objet la théorie de l’électrodynamique, les recherches de Weber en particulier.

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