|
Rudolf Clausius
* 2. Januar 1822 in Köslin 
†
24. August 1888 in Bonn
Deutscher Physiker. Entdecker des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik
.
ABCD
Als Sohn eines Schulrats und Pfarrers studierte Clausius nach Abschluss des Gymnasiums in Stettin ab 1840 in Berlin Mathematik und
Physik, sowie Geschichte bei Leopold von Ranke  . 1847 promovierte er in Halle über optische Effekte in der Erdatmosphäre zum Doktor der Philosophie. Bis 1850 war er anschließend am Friedrichwerderschen Gymnasium
in Berlin als Lehrer für Physik und Mathematik tätig. Er wurde dann Professor für Physik an der Königlichen Artillerie- und Ingenieurschule in Berlin und Privatdozent an der Berliner Universität. 1855 ging er an die neu eingerichtete Eidgenössische Technische Hochschule nach Zürich, 1867 wechselte er nach Würzburg und dann 1869 bis zu seinem Lebensende nach Bonn.
Seine erste Frau starb bei der Geburt des sechsten Kindes 1875. Zwei Jahre vor seinem Tod heiratete Clausius nochmals.
ABCD
Clausius' Name
wurde zunächst unmittelbar mit der Clausius-Clapeyron- Gleichung
in Verbindung gebracht, mit deren Hilfe sich aus der Verdampfungsenthalpie, Temperatur und Volumenzunahme die Dampfdruckkurve im Zwei-Phasen-Diagramm eines Stoffes ermitteln lässt. Heute weit weniger geläufig ist, dass er grundlegende Arbeiten zur kinetischen Gastheorie
und elektrolytischen Dissoziation
geliefert hat. Seine auch ins Englische übersetzten Arbeiten dazu veranlassten James Clerk Maxwell
und später Ludwig Boltzmann
zu entscheidenden Entdeckungen, die die kinetische Gastheorie maßgeblich begründeten.
Nach der Entdeckung des Energieerhaltungssatzes (1. Hauptsatz der Thermodynamik) durch
Julius Robert Mayer , Joule
und Hermann von Helmholtz
musste eine neue Wärmelehre gefunden werden. Dieser Aufgabe widmete sich
Clausius, indem er die Fähigkeit der Wärme, sich in Arbeit umzuwandeln, einer eingehenden Untersuchung unterwarf (1850). Er erfasste dabei erstmals den 2. Hauptsatz der Wärmelehre, der besagt, dass Wärme nicht ohne sonstige Veränderungen von einem kalten auf einen wärmeren Körper übergeht und damit auch die Unmöglichkeit eines Perpetuum Mobile der 2.
Art . 1865 führte Clausius den Begriff der Entropie
ein. Die Feststellung, dass Energieumwandlungen unumkehrbar in eine Richtung
verlaufen, ist nicht mehr mit der klassisch-mechanischen Physik vereinbar, deren linearen Gesetzmäßigkeiten entsprechend jeglicher Prozess rückverfolgbar und umkehrbar (reversibel) ist.
Helmholtz formulierte 1882 Clausius' Entropiegesetz anschaulicher über die innere Energie eines Systems: Die maximal verwendbare, freie Energie in einem isolierten System ist stets kleiner als die tatsächlich vorhandene, innere Energie. Obwohl die innere Energie des Systems bei der Umwandlung in Nutzarbeit erhalten bleibt (1. Hauptsatz), wird sie entwertet (Degradation), da auch immer ein Teil in der Systemumgebung zerstreut
(dissipiert) wird. Somit lässt sich der zweite Hauptsatz der Thermodynamik auch wie folgt formulieren: Eine Energiewandlung läuft niemals von alleine von einem Zustand niedriger Güte zu einem Zustand hoher Güte; die Entropie nimmt stets zu. Im Wärme-Kraft-Prozess muss durch Wärmezufuhr von außen (Feuerung) das Prozessmedium Wasser energetisch „veredelt“ werden, indem Wasserdampf unter hohem Druck und Temperatur entsteht, bevor es im Zylinder der Dampfmaschine bzw. in der Turbine Arbeit zur Stromerzeugung leisten kann. Die Energie des abgearbeiteten Dampfes ist wertlos und muss über den Kühler in die Umgebung abgegeben werden. Selbst unter idealen Bedingungen wäre die Produktion von dissipierter Energie, wie der Abwärme,
unvermeidbar.
ABCD Zwei Leistungen von geschichtlicher Größe haben
den Namen von Clausius in den Naturwissenschaften unsterblich gemacht: die scharfe, mathematische Formulierung des
zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik und die Begründung der kinetischen
Gastheorie. Ihr Kennzeichen, durch das sie sich von allen früheren physikalischen Theorien unterscheidet, ist, dass sie nicht nach der Bewegung des einzelnen Gasmoleküls fragt, sondern nach mittlerer Energie, dem mittleren Impuls, der mittleren freien Weglänge aller Moleküle. Clausius stellt diese Energie in eine enge, weit über die Gastheorie hinaus gültige Beziehung zur absoluten Temperatur, er eröffnete das Verständnis für die Reibung, die Wärmeleitung und die Diffusion der Gase, er leitete die
Zustandsgleichung der Gase
ab. Die kinetische Gastheorie ist der Prototyp für die ganze physikalische Statistik, deren Bedeutung immer mehr wächst.
ABCD
Weitere Infos:
|
