Rudolf Clausius (1822-1888)

Rudolf Clausius (1822-1888)
Physicien allemand né le 2 janvier 1822 à Koslin en
Poméranie (aujourd'hui Koszalin - Pologne) et mort le 24
août 1888 à Bonn en Allemagne.
Rudolf est le 6e enfant d'un père, membre du Conseil Royal
de l'Instruction du gouvernement. Il fréquente l'école
privée que son père a créée avant d'entrer au lycée de
Stettin (Szczecin, Pologne) qu'il quitte en 1840 pour
l'Université de Berlin.
Il est fortement attiré vers par l'histoire, mais décide de se
consacrer aux mathématiques et à la physique.
Il obtient son diplôme en 1844 puis enseigne les maths et la physique aux classes terminales
du lycée Frederic-Werder.
À l'université de Halle, Il obtient son doctorat, le 15 juillet 1848.
Ces premiers travaux concernent la réflexion, la réfraction et la polarisation de la lumière,
tentant d'expliquer le bleu du ciel, les couleurs rouges du coucher de soleil, contredisant les
propositions de W. Thomson.
En 1850, paraît sa première communication sur la théorie mécanique de la chaleur.
Le deuxième principe de la thermodynamique démontre que la chaleur n'est pas transmise d'un
corps froid à un corps plus chaud. Clausius applique les lois de la thermodynamique, et le
concept de l'entropie, à la machine à vapeur.
Cette publication lui ouvre les portes de l'école royale d'artillerie et du génie à Berlin, en
septembre 1850. Il y enseignera 5 ans.
En 1854, il publie la notion d'entropie.
En août 1855, il est nommé à la chaire de Physique et Mathématique de l'Institut
Polytechnique de Zurich et simultanément à l'Université de Zurich (1855-1867).
Une force le pousse à rester à Zurich dans un environnement scientifique de premier plan et
tandis qu'une autre lui demande de rentrer en Allemagne.
En 1858, il décline un poste à l'école d'enseignement technique à Karlsruhe.
Il épouse Adelheid Rimpam le 19 novembre 1859.
En 1862, il refuse un poste dans la ville natale de son épouse, au Brunswick.
En 1865, il définit clairement le concept d'entropie et énonce ainsi les deux lois de la
thermodynamique : L'énergie de l'univers est constante, et l'entropie de l'univers tend vers un
maximum.
Il quitte Zurich en 1867 pour l'Université de Würzburg (1867-1869).
L'année suivante, il décline l'offre de Münich et reçu membre à la Royal Society de Londres.
En 1869, il accepte une chaire à l'Université de Bonn (1869-1888).
Bismarck ayant déjà réussi à créer une confédération allemande du nord, recherchait les
moyens de fédérer les états méridionaux ; ce fut la guerre contre la France.
Clausius, bien que proche de 50 ans, était un patriote allemand. Il offre ses services à son pays
en organisant un corps d'ambulancier avec les étudiants de Bonn.
Clausius reçoit la Croix-de-Fer en 1871 pour ses services durant la campagne militaire.
Cependant, il a été blessé aux jambes et en gardera une gêne pour le reste de sa vie.
En 1875, sa femme meurt en mettant au monde leur 6e enfant qui lui, survivra. Il s'occupe
beaucoup de ses enfants et de leur éducation scolaire.
Afin de surmonter son handicap physique, son médecin lui conseille l'équitation, devenant un
cavalier hors pair.
Clausius reçoit la médaille Copley en 1879, la médaille Huygens en 1880 et le prix Poncelet
en 1883. Il est nommé docteur honoraire de l'Université de Würtzburg en 1882.
En 1884, il est nommé recteur de l'université de Bonn, jusqu'en 1885.
De son remariage en 1886, il aura un fils.
Il meurt à Bonn le 24 août 1888.
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Son nom a été attribué à l'unité d'entropie ou
capacité thermique. Dans le système SI, on
utilise le Joule/Kelvin.
1 clausius = 1kcal/K ou 4,186 8 kJ/K
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Son œuvre :
Clausius était un physicien théorique. Il mit sous forme mathématique et sut exposer avec
clarté des concepts que d'autres n'avaient fait qu'entrevoir.
Clausius s'inspira longuement des idées de Carnot, pour l'énoncé du deuxième principe, de
Rankine et W. Thomson pour la formulation du concept de l'entropie, ce qui n'enlève rien à
l'ampleur de sa propre contribution à la science.
Deuxième principe de la thermodynamique
Sa célèbre communication a été lue à l'académie de Berlin, le 18 février 1850. Elle est publiée
dans les Annales de Physique de Poggendorff, la même année. Cet article marque les bases de
la thermodynamique moderne.
Clausius a énoncé la première fois l'idée fondamentale de la deuxième loi de la
thermodynamique. Il cherchait à concilier l'idée de l'équivalence entre le travail et la chaleur.
Le travail fourni par une machine à vapeur résulte simplement d'un transfert de chaleur entre
la chaudière (source chaude) et le condenseur (source froide), sans qu'il y ait consommation
de chaleur. Il établit que, dans une machine idéale, la quantité de chaleur prise à la chaudière
doit toujours être supérieure à celle qui est cédée au condenseur, et ce d'une quantité
exactement équivalente au travail fourni.
« Il est impossible à une machine simple, sans l'aide d'un agent extérieur, de transférer de la
chaleur d'un corps à un autre se trouvant à une température supérieure. »
Clausius interprète la chaleur libre comme énergie cinétique des particules du corps. Le
travail nécessaire à l'augmentation de l'énergie cinétique a comme conséquence une
augmentation de la température. La chaleur latente est la chaleur qui a été détruite dans le
travail exécuté contre des forces entre les molécules.
L'entropie
La notion d'entropie (du grec, entropc, cause d'évolution), sa définition et le terme lui-même
furent introduits dans la thermodynamique en 1854.
En prenant pour base le second principe de la thermodynamique selon lequel : Il est
impossible de décrire un cycle moteur au moyen d'une seule source de chaleur, le physicien
anglais W. Thomson (lord Kelvin, 1824-1907) en a déduit l'échelle thermodynamique absolue
de température T.
Ludwig Boltzmann (1844-1906) fut le premier à proposer une interprétation microscopique de
la notion d'entropie. Dès 1877, il reliait celle-ci à une mesure du désordre moléculaire.
En 1854, Clausius cherchait à mesurer l'aptitude de l'énergie calorifique de n'importe quel
système réel non idéal à fournir du travail. Dans le cas de la conduction thermique le long
d'un barreau solide, la chaleur passe de l'extrémité chaude à l'extrémité froide sans fournir
aucun travail, bien que ce transfert s'accompagne d'une diminution de l'aptitude de l'extrémité
chaude à servir par la suite de source potentielle de travail. Cette diminution survient parce
qu'à la fin du processus, l'énergie calorifique est détenue par un corps situé à une température
inférieure à celle de l'état initial. Elle n'a donc pas été perdue, mais seulement dégradée
puisque, d'après le deuxième principe de la thermodynamique, on ne peut retrouver la
température initiale qu'avec l'aide d'un travail extérieur. Dans tous les processus, il se produit
fatalement une dégradation ou, selon Clausius, une augmentation de l'entropie.
La théorie cinétique des gaz
De 1857 à 1858, il introduisit le concept du libre parcours moyen et établit l'importante
distinction entre l'énergie de translation et l'énergie interne d'une particule de gaz. De plus, on
lui reconnaît généralement le mérite d'avoir, par ses travaux théoriques, jeté un pont entre la
théorie atomique et la thermodynamique.
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Cette page est extraite d'un site concernant les unités de mesure dont l'adresse est :
http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites/index.html