Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс
Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс | |
|---|---|
 Ван дер Ваальс в 1910 году. | |
| Рожденный | 23 ноября 1837 г. Лейден , Нидерланды |
| Умер | 8 марта 1923 г. (85 лет) ( Амстердам , Нидерланды |
| Альма-матер | Лейденский университет |
| Известный | Закладывая основы современной молекулярной физики (молекулярная теория) Возникновение современной теории межмолекулярных сил Право соответствующих государств Закон о реальном газе Силы Ван дер Ваальса Уравнение состояния Ван дер Ваальса Радиус Ван-дер-Ваальса Поверхность Ван-дер-Ваальса Молекула Ван-дер-Ваальса |
| Родственники | Джоан ван дер Ваальс (двоюродная сестра, дважды удалена) [1] |
| Награды | Нобелевская премия по физике (1910 г.) |
| Научная карьера | |
| Поля | Теоретическая физика , термодинамика |
| Учреждения | Амстердамский университет |
| Докторантура | Питер Райке |
| Докторанты | Дидерик Кортевег Виллем Хендрик Кисом |
Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс ( англ. Голландское произношение: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dər ˈʋaːls] [примечание 1] ; 23 ноября 1837 — 8 марта 1923) — голландский физик-теоретик и термодинамик , известный своими новаторскими работами по уравнению состояния газов и жидкостей. Ван дер Ваальс начал свою карьеру школьным учителем. Он стал первым физики профессором Амстердамского университета, когда в 1877 году старый Атенеум был преобразован в Муниципальный университет. Ван дер Ваальс получил Нобелевскую премию по физике 1910 года за работу по уравнению состояния газов и жидкостей. [2]
Его имя прежде всего связано с Ван-дер-Ваальса уравнением состояния , описывающим поведение газов и их конденсацию в жидкую фазу . Его имя также связано с силами Ван дер Ваальса (силами между стабильными молекулами ), [3] с молекулами Ван-дер-Ваальса (маленькие молекулярные кластеры, связанные силами Ван-дер-Ваальса) и с радиусами Ван-дер-Ваальса (размерами молекул). Джеймс Клерк Максвелл однажды сказал, что «не может быть никаких сомнений в том, что имя Ван дер Ваальса вскоре станет одним из выдающихся в молекулярной науке ». [4]
В своей диссертации 1873 года Ван дер Ваальс отметил неидеальность реальных газов и объяснил это существованием межмолекулярных взаимодействий . Он ввел первое уравнение состояния , полученное в предположении конечного объема, занимаемого составляющими молекулами. [5] Возглавляемое Эрнстом Махом и Вильгельмом Оствальдом сильное философское течение, отрицавшее существование молекул , к концу XIX века возникло . Молекулярное существование считалось недоказанным, а молекулярная гипотеза считалась ненужной. На момент написания диссертации Ван дер Ваальса (1873 г.) структура жидкостей молекулярная не признавалась большинством физиков, а жидкость и пар часто считались химически разными. Но работа Ван дер Ваальса подтвердила реальность молекул и позволила оценить их размер и силу притяжения . Его новая формула произвела революцию в изучении уравнений состояния. Сравнивая свое уравнение состояния с экспериментальными данными, Ван дер Ваальс смог получить оценки реального размера молекул и силы их взаимного притяжения . [6]
Влияние работ Ван дер Ваальса на молекулярную физику ХХ века было прямым и фундаментальным. [7] Введя параметры , характеризующие размер молекул и их притяжение в свое уравнение состояния , Ван дер Ваальс задал тон современной молекулярной науке . То, что молекулярные аспекты, такие как размер, форма, притяжение и многополярные взаимодействия, должны составлять основу математических формулировок термодинамических и транспортных свойств жидкостей , в настоящее время считается аксиомой. [8] С помощью уравнения состояния Ван-дер-Ваальса параметры критических точек газов можно было точно предсказать на основе термодинамических измерений, выполненных при гораздо более высоких температурах. Азот , кислород , водород и гелий впоследствии подверглись сжижению . На Хайке Камерлинг-Оннеса значительное влияние оказали новаторские работы Ван дер Ваальса. В 1908 году Оннес первым получил жидкий гелий ; это привело непосредственно к его открытию сверхпроводимости в 1911 году . [9]
Биография [ править ]
и образование Ранние годы
Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс родился 23 ноября 1837 года в Лейдене в Нидерландах. Он был старшим из десяти детей, рожденных Якобусом ван дер Ваальсом и Элизабет ван ден Берг. Его отец был плотником в Лейдене. Как это было обычно для всех девочек и мальчиков из рабочего класса в XIX веке, он не ходил в ту среднюю школу, которая давала бы ему право поступить в университет. Вместо этого он пошел в школу «высшего начального образования», которую окончил в пятнадцать лет. Затем он стал учеником учителя в начальной школе. Между 1856 и 1861 годами он учился на курсах и получил необходимую квалификацию, чтобы стать учителем начальной школы и директором школы.
В 1862 году он начал посещать лекции по математике, физике и астрономии в университете в городе своего рождения, хотя не имел права быть зачисленным в качестве обычного студента отчасти из-за отсутствия у него образования в классических языках . [10] Однако в Лейденском университете действовало положение, позволяющее иностранным студентам посещать до четырех курсов в год. В 1863 году правительство Нидерландов открыло новую среднюю школу (HBS, школу, предназначенную для детей высшего среднего класса). Ван дер Ваальс, в то время директор начальной школы, хотел стать учителем математики и физики в HBS и в свободное время два года готовился к необходимым экзаменам.
В 1865 году он был назначен преподавателем физики в HBS в Девентере , а в 1866 году получил такую должность в Гааге , которая находилась достаточно близко к Лейдену, чтобы позволить Ван дер Ваальсу возобновить свои курсы в тамошнем университете. В сентябре 1865 года, незадолго до переезда в Девентер, Ван дер Ваальс женился на восемнадцатилетней Анне Магдалене Смит.
Профессорство [ править ]
Ван дер Ваальсу все еще не хватало знания классических языков , которое давало бы ему право поступить в университет в качестве обычного студента и сдать экзамены. Однако случилось так, что закон, регулирующий поступление в университет, был изменен, и разрешение на изучение классических языков могло быть дано министром образования. Ван дер Ваальс получил это разрешение и сдал квалификационные экзамены по физике и математике для поступления в докторантуру .
В Лейденском университете 14 июня 1873 года он защитил докторскую диссертацию Over de Continuïteit van den Gas-en Vloeistoftoestand (о непрерывности газообразного и жидкого состояния) под руководством Питера Рийке . В диссертации он ввел понятия молекулярного объема и молекулярного притяжения. [11]
В сентябре 1877 года Ван дер Ваальс был назначен первым профессором физики недавно основанного Муниципального университета Амстердама . Двумя его известными коллегами были физико-химик Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и биолог Хьюго де Врис . До выхода на пенсию в возрасте 70 лет Ван дер Ваальс оставался в Амстердамском университете. Ему наследовал его сын Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-младший, который также был физиком-теоретиком. В 1910 году в возрасте 72 лет Ван дер Ваальсу была присуждена Нобелевская премия по физике. Он умер в возрасте 85 лет 8 марта 1923 года.
Научная работа [ править ]
| Термодинамика |
|---|
 |
|
|
|
|
Основной интерес Ван дер Ваальса находился в области термодинамики . Он находился под влиянием трактата Рудольфа Клаузиуса 1857 года, озаглавленного « называем теплом» О виде движения, которое мы . [12] [13] Позже на Ван дер Ваальса большое влияние оказали труды Джеймса Клерка Максвелла , Людвига Больцмана и Уилларда Гиббса . Работа Клаузиуса побудила его искать объяснение экспериментам Томаса Эндрюса , которые в 1869 году открыли существование критических температур в жидкостях. [14] Полуколичественное описание явлений конденсации и критических температур ему удалось дать в диссертации 1873 года, озаглавленной « Over de Continuïteit van den Gas-en Vloeistoftoestand» («О непрерывности газообразного и жидкого состояния»). [15] Эта диссертация представляла собой отличительную черту в физике и была немедленно признана таковой, например, Джеймсом Клерком Максвеллом, который сделал обзор на нее в журнале Nature. [16] в хвалебной форме.
В этой диссертации он вывел уравнение состояния, носящее его имя. В этой работе была создана модель, в которой жидкая и газовая фазы вещества непрерывно сливаются друг с другом. Это показывает, что обе фазы имеют одинаковую природу. При выводе своего уравнения состояния Ван дер Ваальс предполагал не только существование молекул (существование атомов в то время оспаривалось). [17] ), но также и то, что они имеют конечный размер и притягивают друг друга. Поскольку он был одним из первых, кто постулировал существование межмолекулярной силы, пусть даже элементарной, такую силу теперь иногда называют силой Ван-дер-Ваальса .
Вторым крупным открытием стал Закон соответствующих состояний 1880 года, который показал, что уравнение состояния Ван дер Ваальса можно выразить как простую функцию критического давления, критического объема и критической температуры. Эта общая форма применима ко всем веществам (см. уравнение Ван-дер-Ваальса ). соединения, , специфичные для Константы a и b в исходном уравнении заменяются универсальными (независимыми от соединения) величинами. Именно этот закон послужил руководством во время экспериментов, которые в конечном итоге привели к Джеймсом Дьюаром сжижению водорода в 1898 году и гелия Хайке Камерлинг-Оннесом в 1908 году.
В 1890 году Ван дер Ваальс опубликовал трактат « Теория бинарных решений» в «Нидерландских архивах». Связав свое уравнение состояния со Вторым законом термодинамики в форме, впервые предложенной Уиллардом Гиббсом, он смог прийти к графическому представлению своих математических формулировок в форме поверхности, которую он назвал Ψ (пси)-поверхностью, следуя Гиббс, который использовал греческую букву Ψ для обозначения свободной энергии системы с различными фазами в равновесии.
Следует упомянуть также о теории капиллярности Ван дер Ваальса , которая в своей основной форме впервые появилась в 1893 году. [18] В отличие от механического взгляда на предмет, представленного ранее Пьером-Симоном Лапласом , [19] Ван дер Ваальс использовал термодинамический подход. В то время это было спорным, поскольку существование молекул и их постоянное, быстрое движение не были общепринятыми до Жаном Батистом Перреном экспериментальной проверки Альберта Эйнштейна теоретического объяснения броуновского движения .
Личная жизнь [ править ]
Он женился на своей жене Анне Магдалене Смит в 1865 году, и у пары было три дочери (Анна Мадлен, Жаклин Э. ван дер Ваальс , Йоханна Дидерика ) и один сын, физик Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-младший , который также работал в Амстердамском университете. Жаклин была известной поэтессой. Племянник Ван дер Ваальса Питер ван дер Ваальс был краснодеревщиком и ведущей фигурой в в Глостершире Саппертонской школе искусств и ремесел . Его жена умерла от туберкулеза в 34 года в 1881 году. Став вдовцом, Ван дер Ваальс больше не женился и был настолько потрясен смертью жены, что около десяти лет ничего не публиковал. Он умер в Амстердаме 8 марта 1923 года, через год после смерти его дочери Жаклин.
Почести [ править ]
Ван дер Ваальс получил множество наград и наград, а также получил Нобелевскую премию по физике 1910 года. Ему была присвоена степень почетного доктора Кембриджского университета ; был почётным членом Императорского Московского общества естествоиспытателей , Ирландской королевской академии и Американского философского общества (1916); [20] Член-корреспондент Института Франции и Королевской академии наук Берлина; Член-корреспондент Королевской академии наук Бельгии; и иностранный член Лондонского химического общества Национальной академии наук США (1913 г.), [21] и Академии деи Линчеи в Риме. Ван дер Ваальс стал членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук в 1875 году. [22] С 1896 по 1912 год он был секретарем этого общества. Кроме того, в 1912 году он был избран почетным членом Нидерландского химического общества . [23]
малая планета 32893 Ван-дер-Ваальса . В его честь названа [24]
Связанные цитаты [ править ]
Не может быть сомнения, что имя Ван дер Ваальса вскоре станет одним из выдающихся в молекулярной науке.
- Джеймса Клерка Максвелла Замечания в журнале Nature (1873 г.). [4]
Совершенно ясно, что во всех своих исследованиях я был вполне убежден в реальном существовании молекул и никогда не рассматривал их ни как плод своего воображения, ни даже как простые центры силового воздействия. Я считал их реальными телами, поэтому то, что мы в повседневной речи называем «телом», лучше было бы называть «псевдотелом». Это совокупность тел и пустого пространства. Мы не знаем природу молекулы, состоящей из одного химического атома. Было бы преждевременно пытаться ответить на этот вопрос, но признание этого незнания никоим образом не умаляет веры в его реальное существование. Когда я начал учиться, у меня было ощущение, что я почти одинок в этой точке зрения. И когда, как это произошло уже в моем трактате 1873 года, я определил их число в одном грамм-моле, величину их и характер их действия, я укрепился в своем мнении, но все же часто у меня возникал вопрос, действительно ли в конечном итоге анализ молекулы - плод воображения и вся молекулярная теория тоже. И теперь я не считаю преувеличением сказать, что реальное существование молекул повсеместно предполагается физиками. Многие из тех, кто больше всего выступал против этого, в конечном итоге победили, и моя теория, возможно, сыграла свою роль. И именно это, я считаю, является шагом вперед. Кто знаком с сочинениями Больцман и Уиллард Гиббс признают, что авторитетные физики полагают, что сложные явления теории тепла можно интерпретировать только таким образом. Для меня большое удовольствие, что все большее число молодых физиков находят вдохновение для своей работы в исследованиях и размышлениях над молекулярной теорией...
- Заметки Йоханнеса Д. ван дер Ваальса к Нобелевской лекции « Уравнение состояния газов и жидкостей» (12 декабря 1910 г.).
См. также [ править ]
- Уравнение Ван дер Ваальса
- Штамм Ван дер Ваальса
- Радиус Ван-дер-Ваальса
- Сила Ван дер Ваальса
- Уравнение состояния Редлиха – Квонга
- Уравнение состояния Пэна – Робинсона
Примечания [ править ]
- ^ Каждое слово отдельно: Голландское произношение: [joːˈɦɑnəs ˈdidərɪk vɑn dər ˈʋaːls]
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Мел Воэт (16 мая 2019 г.). «Внезапно начал светиться свет» (на голландском языке). Маре. Архивировано из оригинала 26 мая 2019 года.
- ^ «Нобелевская премия по физике 1910 года» . Нобелевский фонд . Проверено 9 октября 2008 г.
- ^ Парсегян, В. Адриан (2005). Силы Ван дер Ваальса: Справочник для биологов, химиков, инженеров и физиков . (Издательство Кембриджского университета), с. 2. «Первое четкое свидетельство существования сил между тем, что вскоре стали называть молекулами, было получено в докторской диссертации Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса 1873 года. тезисная формулировка давления р, объема V и температуры Т плотных газов».
- ^ Перейти обратно: а б Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс - Биографический - Nobelprize.org
- ^ Ван дер Ваальс; Джей Ди (1873 г.). О непрерывности газообразного и жидкого состояний (докторская диссертация) . Лейденский университет.
- ^ Сенгерс, Джоанна Левельт (2002), с. 16
- ^ Кипнис, А. Я.; Явелов, Б.Е.; Роулинсон, Дж. С.: Ван дер Ваальс и молекулярная наука . (Оксфорд: Clarendon Press, 1996)
- ^ Сенгерс, Джоанна Левельт (2002), стр. 255–256
- ^ Бланделл, Стивен: Сверхпроводимость: очень краткое введение . (Издательство Оксфордского университета, 1-е издание, 2009 г., стр. 20)
- ^ «Нобелевская премия по физике 1910 года» . NobelPrize.org . Проверено 29 марта 2022 г.
- ^ см. в статье об уравнении Ван дер Ваальса. техническую информацию
- ^ Дж. Д. ван дер Ваальс, 1910, «Уравнение состояния газов и жидкостей», Нобелевские лекции по физике, стр. 254–265 (12 декабря 1910 г.), см. [1] , по состоянию на 25 июня 2015 г.
- ^ Клаузиус, Р. (1857). «О природе движения, которое мы называем теплотой» . Анналы физики . 176 (3): 353–380. Бибкод : 1857АнП...176..353С . дои : 10.1002/andp.18571760302 .
- ^ Эндрюс, Т. (1869). «Бекеровская лекция: о газообразном состоянии вещества». Философские труды Лондонского королевского общества . 159 : 575–590. дои : 10.1098/rstl.1869.0021 .
- ^ Ван дер Ваальс, JD (1873) О непрерывности газообразного и жидкого состояния . Кандидатская диссертация, Лейден, Нидерланды.
- ^ Максвелл, Дж. К. (1874 г.). «Ван дер Ваальс о непрерывности газообразного и жидкого состояний» . Природа . 10 (259): 477–480. Бибкод : 1874Natur..10..477C . дои : 10.1038/010477a0 . S2CID 4046639 .
- ^ Тан, К.-Т.; Тэннис, JP (2010). «Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс: пионер молекулярных наук и лауреат Нобелевской премии 1910 года». Angewandte Chemie, международное издание . 49 (50): 9574–9579. дои : 10.1002/anie.201002332 . ПМИД 21077069 .
- ^ Ван дер Ваальс, JD (1893). «Термодинамическая теория капиллярности в предположении непрерывного изменения плотности». Верханд. Мог. Акад. V Научный Амстердам Секта. 1 (голландский; английский перевод в J. Stat. Phys., 1979, 20:197) .
- ^ Лаплас, PS (1806 г.). О капиллярном действии (Приложение к книге X «Трактата о небесной механике») . Краппи; Курьер; Бакалавр, Париж.
- ^ «Йоханнес Д. ван дер Ваальс» . Американское философское общество. Архивировано из оригинала 6 ноября 2020 года.
- ^ «Дж.Д. Ван дер Ваальс» . Национальная академия наук. Архивировано из оригинала 6 ноября 2020 года.
- ^ «Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-старший (1837 – 1923)» . Королевская Нидерландская академия искусств и наук. Архивировано из оригинала 14 мая 2019 года.
- ^ Почетные члены - веб-сайт Королевского химического общества Нидерландов.
- ^ "(32893) ван дер Ваальса = 1994 EM6 = 2001 UB93" . Центр малой планеты.
Источники [ править ]
- Эта статья включает в себя материал из статьи Citizendium « Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс », которая распространяется по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, но не по GFDL .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Кипнис, А. Я.; Явелов, Б.Е.; Роулинсон, Дж. С. (пер.): Ван дер Ваальс и молекулярная наука . (Оксфорд: Clarendon Press, 1996) ISBN 0-19-855210-6
- Сенгерс, Йоханна Левелт: Как смешиваются жидкости: открытия школы Ван дер Ваальса и Камерлинг-Оннеса . (Амстердам: Королевская академия искусств и наук Нидерландов, 2002 г.)
- Шахтман, Том: Абсолютный ноль и победа над холодом . (Бостон: Хоутон Миффлин, 1999)
- Ван Делфт, Дирк: Физика замерзания: Хайке Камерлинг-Оннес и поиски холода . (Амстердам: Королевская академия искусств и наук Нидерландов, 2008 г.)
- Ван дер Ваальс, доктор юридических наук: отредактировано и вступление. Дж. С. Роулинсон: О непрерывности жидкого и газообразного состояний . (Нью-Йорк: Dover Publications, 2004, 320 стр.)
Внешние ссылки [ править ]
- Ученые голландской школы Ван дер Ваальса , Королевская Нидерландская академия искусств и наук
- Альберт ван Хельден Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс 1837–1923 В: Под ред. К. ван Беркеля, А. ван Хелдена и Л. Палма, «История науки в Нидерландах». Обзор, темы и ссылки (Лейден: Брилл, 1999) 596–598.
- Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс на Nobelprize.org включая Нобелевскую лекцию 12 декабря 1910 г. «Уравнение состояния газов и жидкостей».
- Музей Бурхааве «Девять голландских лауреатов Нобелевской премии» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 г. (2,32 МБ ).
- Хэм Снелдерс, Ваальс-старший, Йоханнес Дидерик ван дер (1837–1923) , в Биографическом словаре Нидерландов.
- Биография Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса (1837–1923) в Национальной библиотеке Нидерландов.
- Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс
- 1837 рождений
- 1923 смерти
- Голландские физики XX века
- голландские физики-теоретики
- Термодинамики
- голландские нобелевские лауреаты
- Нобелевские лауреаты по физике
- Члены Американского философского общества
- Члены Королевской Нидерландской академии искусств и наук
- Иностранные сотрудники Национальной академии наук
- Выпускники Лейденского университета
- Академический состав Амстердамского университета
- Ученые из Лейдена
- Голландские физики XIX века