Абсолютная температурная шкала: как Уильям Томсон создал шкалу Кельвина

Каждый раз, когда ученый говорит о температуре в кельвинах, метеоролог прогнозирует погоду, а инженер рассчитывает тепловые режимы — они пользуются абсолютной температурной шкалой. Ее в 1848 году предложил Уильям Томсон, известный также как лорд Кельвин.

Юный гений Уильям Томсон

Уильям Томсон родился в семье профессора математики Джеймса Томсона. Его детство прошло в атмосфере интеллектуального развития и пресвитерианства — воспитания, признающего кальвинистскую теологию и отвергающего церковную иерархию.

В 1832 году семья переехала в Глазго, когда отец получил должность профессора математики в местном университете. Тогда же мальчик — Уильяму было восемь лет — начал учиться в подготовительной школе. Уже в десять лет он поступил в Университет Глазго, став одним из самых молодых студентов в истории.

В Университете Томсон демонстрировал различные таланты. Так, в 12 лет он получил премию за перевод «Диалогов богов» Лукиана Самосатского с латыни на английский язык. В 14 лет юноша начал изучать математику университетского уровня, а в 15 — уже посещал лекции по астрономии и химии. Его ранняя работа «Эссе о фигуре Земли» получила золотую медаль.

Особое влияние на Уильяма оказали труды Жана-Батиста Фурье. Его работу «Аналитическая теория теплоты» юноша изучил за две недели в библиотеке. Именно тогда он заинтересовался термодинамикой.

Абсолютная температурная шкала

В 1848 году Уильям Томсон опубликовал работу, в которой предложил абсолютную температурную шкалу, основанную не на произвольных точках замерзания и кипения воды, как шкала Цельсия, а на фундаментальных физических принципах.

Особенности шкалы Уильяма Томсона:

• нулевая точка (-273,15°C) соответствует полному отсутствию теплового движения молекул;
• градусы шкалы равны градусам Цельсия, что удобно при пересчете;
• она основана на втором законе термодинамики и не зависит от свойств конкретных веществ.

Шкалу начали использовать в различных областях науки. Например, в криогенике, где градусы приближаются к абсолютному нулю, или в астрофизике для измерения температур звезд и космических пространств.

Инженерные достижения Уильяма Томсона

Помимо этого, Томсон изучал приливы. Он взял за основу идеи французского ученого Лапласа, а затем разработал способ «разбирать» приливы на составные части. Его идея заключалась в том, что колебания уровня моря — это смесь множества синусоидальных волн разной высоты и длины.

Уильям научился отделять эти волны и для каждой вычислять особые числа, учитывающие местные особенности — глубину бухты, очертания берега и другое. Для этого он даже создал первый в мире «аналоговый компьютер», который делал точные прогнозы приливов, учитывая движение Земли, Луны и Солнца.

Кроме того, на протяжении десятка лет он работал над трансатлантическим телеграфным кабелем. Томсон разработал специальные приборы для передачи и приема сигналов, усовершенствовал методы прокладки подводных кабелей, создал систему автоматической передачи сообщений, а также изобрел зеркальный гальванометр для усиления слабых сигналов.

Через 47 лет после смерти ученого, в 1954 году, прошла Генеральная конференция по мерам и весам, которая официально приняла шкалу Кельвина как международный стандарт. А также назвала единицу измерения термодинамической температуры — кельвин — в его честь.