Вальтер Нернст

Вальтер Нернст ФРС
Рожденный	( 1864-06-25 ) 25 июня 1864 г. Бризен, Пруссия (ныне Вомбжежно , Польша )
Умер	18 ноября 1941 г. ( 1941-11-18 ) (77 лет) Зибелле, Гау Нижнесилезский край , нацистская Германия. (ныне Нивица , Польша)
Национальность	немецкий
Альма-матер	Университет Цюриха Университет Фридриха Вильгельма Университет Граца Вюрцбургский университет Юлиуса Максимилиана
Известный	Третий закон термодинамики Лампа Нернста Уравнение Нернста Эффект Нернста Теорема Нернста о теплоте Нернст потенциал Уравнение Нернста – Планка Закон распределения Нернста
Супруг	Эмма Ломейер
Награды	За заслуги (1917) Нобелевская премия по химии (1920 г.). Медаль Франклина (1928 г.) ФорМемРС (1932)
Научная карьера
Поля	Химия
Учреждения	Георг Август Гёттингенский университет Университет Фридриха Вильгельма Лейпцигский университет
Докторантура	Фридрих Кольрауш
Другие научные консультанты	Людвиг Больцманн
Докторанты	сэр Фрэнсис Саймон Ричард Абегг Ирвинг Ленгмюр Леонид Андрусов Карл Фридрих Бонхеффер Фредерик Линдеманн Уильям Дуэйн Маргарет Элиза Молтби Арнольд Ойкен
Другие известные студенты	Гилберт Н. Льюис Макс Боденштейн Роберт фон Либен Курт Мендельсон Теодор Вульф Эмиль Бозе Герман Ирвинг Шлезингер Клод Хадсон
Подпись

Новая теорема о теплоте (1926 г.)

Вальтер Герман Нернст ForMemRS ( Немецкое произношение: [ˈvaltɐ ˈnɛʁnst] ; 25 июня 1864 — 18 ноября 1941) — немецкий физик и физико-химик, известный своими работами в области термодинамики , физической химии , электрохимии и физики твёрдого тела . Его формулировка теоремы Нернста о теплоте помогла проложить путь к третьему началу термодинамики , за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1920 году . Он также известен разработкой уравнения Нернста в 1887 году.

Он изучал физику и математику в университетах Цюриха , Берлина , Граца и Вюрцбурга , где в 1887 году получил докторскую степень . В 1889 году он закончил абилитацию в Лейпцигском университете .

Жизнь и карьера

Ранние годы

Нернст родился в Бризене в Западной Пруссии (ныне Вомбжежно , Польша) в семье Густава Нернста (1827–1888) и Оттилии Нергер (1833–1876). Его отец был сельским судьей. У Нернста было три старшие сестры и один младший брат. Его третья сестра умерла от холеры . Нернст ходил в начальную школу в Грауденце (ныне Грудзёндз ).

Исследования

Вальтер Нернст в 1889 году.

Нернст поступил на бакалавриат в Цюрихском университете в 1883 году, затем после перерыва в Берлине вернулся в Цюрих. Свою диссертацию он написал в Университете Граца , где профессором был Людвиг Больцман , хотя работал под руководством Альберта фон Эттингхаузена . Они открыли эффекты Эттингсгаузена и Нернста : магнитное поле, приложенное перпендикулярно металлическому проводнику в температурном градиенте, вызывает разность электрических потенциалов, и, наоборот, разность электрических потенциалов создает тепловой градиент. Затем он перешел в Вюрцбургский университет под руководством Фридриха Кольрауша , где представил и защитил диссертацию.

Профессиональная карьера

Вильгельм Оствальд принял его на первую кафедру физической химии Лейпцигского университета . Нернст перешел туда ассистентом, работая над термодинамикой электрических токов в растворах. Получив звание преподавателя, он некоторое время преподавал в Гейдельбергском университете , а затем перешел в Геттингенский университет . Три года спустя ему предложили должность профессора в Мюнхене . Чтобы удержать его в Пруссии, правительство создало для него кафедру в Геттингене. Там он написал знаменитый учебник «Теоретическая химия» , который был переведен на английский, французский и русский языки. Он также вывел уравнение Нернста для электрического потенциала, создаваемого неравными концентрациями ионов, разделенных мембраной, проницаемой для ионов. Его уравнение широко используется в клеточной физиологии и нейробиологии.

Используемая в то время угольная электрическая лампа накаливания была тусклой и дорогой, поскольку требовала создания вакуума в колбе. Нернст изобрел твердотельный излучатель с нитью из оксидов редкоземельных металлов, известный как свечитель Нернста , он до сих пор важен в области инфракрасной спектроскопии . Непрерывный омический нагрев нити приводит к проводимости. Светильник лучше всего работает на длинах волн от 2 до 14 микрометров. Он дает яркий свет, но только после периода прогрева. Нернст продал патент за один миллион марок, благоразумно не выбирая гонорары, поскольку вскоре была представлена ​​вольфрамовая лампа накаливания, наполненная инертным газом. На свое богатство Нернст в 1898 году купил первый из восемнадцати автомобилей, которыми он владел при жизни, и загородное поместье площадью более пятисот гектаров для охоты. Он увеличил мощность своих первых автомобилей, взяв с собой баллон с закисью азота , которую можно было впрыскивать в карбюратор. После восемнадцати продуктивных лет в Геттингене, где он исследовал осмотическое давление и электрохимию и представил теорию поведения нервов, он переехал в Берлин и был удостоен звания Geheimrat.

Нернст 1912, портрет Макса Либермана.

В 1905 году он предложил свою «Новую теорему о теплоте», позже известную как Третий закон термодинамики . Он показал, что когда температура приближается к абсолютному нулю, энтропия приближается к нулю, а свободная энергия остается выше нуля. Это работа, за которую его лучше всего помнят, поскольку она позволила химикам определять свободные энергии (и, следовательно, точки равновесия) химических реакций на основе измерений тепла. Теодор Ричардс утверждал, что Нернст украл его идею, но почти повсеместно именно Нернсту приписывают это открытие. Нернст подружился с кайзером Вильгельмом , которого он убедил основать Общество кайзера Вильгельма по развитию наук с первоначальным капиталом в одиннадцать миллионов марок. Лаборатория Нернста обнаружила, что при низких температурах теплоемкость заметно снижается и, вероятно, исчезнет при абсолютном нуле. Это падение было предсказано для жидкостей и твердых тел в статье Альберта Эйнштейна 1909 года о квантовой механике теплоемкости при криогенных температурах. Нернст был настолько впечатлен, что проделал весь путь до Цюриха , чтобы навестить Эйнштейна, который был относительно неизвестен в Цюрихе в 1909 году, поэтому люди говорили: «Эйнштейн, должно быть, умный человек, если великий Нернст проделал весь путь из Берлина в Цюрих, чтобы поговорить». ему." Нернст и Планк лоббировали создание специальной профессорской должности в Берлине, и Нернст делал пожертвования в ее фонд. В 1913 году они отправились в Швейцарию, чтобы убедить Эйнштейна принять его; работа мечты: должность профессора в лучшем университете Германии без преподавательской деятельности, что дает ему свободу для исследований.

В 1911 году Нернст и Макс Планк организовали первую Сольвеевскую конференцию в Брюсселе. В следующем году -импрессионист художник Макс Либерман написал его портрет.

Первая мировая война

В 1914 году Нернсты развлекали коллег и студентов, которых привезли в свое загородное имение в частном вагоне, когда узнали, что объявлена ​​война. Двое старших сыновей пошли в армию, а отец записался в добровольческий шоферский отряд. Он поддержал немецкую армию против обвинений ее противника в варварстве, подписав « Манифест девяносто трех» . 21 августа 1914 года он доставил документы из Берлина командующему правым немецким крылом во Франции, продвигаясь с ними в течение двух недель, пока не мог видеть сияние огней Парижа ночью. Ситуация изменилась в битве на Марне . Когда началась тупиковая ситуация в окопах, он вернулся домой. Он связался с полковником Максом Бауэром , штабным офицером, ответственным за боеприпасы, с предложением выбить защитников из окопов с помощью снарядов, выпускающих слезоточивый газ. Когда его идея была опробована, одним из наблюдателей был Фриц Габер , который утверждал, что понадобится слишком много снарядов, лучше было бы выпустить облако ядовитого газа тяжелее воздуха; Первая атака облака хлора 22 апреля 1915 года не была поддержана сильным ударом пехоты, поэтому шанс, что газ выйдет из тупика, безвозвратно исчез. Нернст был награжден Железным крестом второй степени. В качестве научного советника штаба Имперской немецкой армии он руководил исследованиями взрывчатых веществ, большая часть которых проводилась в его лаборатории, где разрабатывался перхлорат гуанидина . Затем он работал над разработкой траншейных минометов. Он был награжден Железным крестом первой степени, а затем Pour le Mérite . Когда высшее командование рассматривало возможность развязывания неограниченной подводной войны, он попросил кайзера дать ему возможность предупредить об огромном потенциале США как противника. Они не слушали, генерал Эрих Людендорф раскритиковал его за «некомпетентную чушь».

Вернуться к исследованию

Нернст опубликовал свою книгу «Основы новой теоремы о теплоте» . В 1918 году, после изучения фотохимии , он предложил теорию цепной атомной реакции. В нем говорилось, что реакция, в которой образуются свободные атомы, которые могут разложить целевые молекулы на большее количество свободных атомов, приведет к цепной реакции. Его теория тесно связана с естественным процессом деления ядер .

В 1920 году он и его семья ненадолго бежали за границу, поскольку он был одним из ученых, включенных в союзников список военных преступников . Позже в том же году он получил Нобелевскую премию по химии в знак признания его работ по термохимии . Он был избран ректором Берлинского университета на 1921–1922 годы. Он создал агентство для направления государственных и частных средств молодым ученым и отказался стать послом в США. В течение двух несчастных лет он был президентом Physikalisch-Technische Reichsanstalt (Национальной физической лаборатории), где не смог справиться с «смесью посредственности и волокиты». В 1924 году он стал директором Института физической химии в Берлине.

В 1927 году уменьшение теплоемкости при низких температурах было распространено и на газы. Он изучал теории космических лучей и космологию.

Хотя в пресс-релизе он описывался как «совершенно немузыкальный», Нернст разработал электрическое пианино Neo -Bechstein-Flügel в 1930 году совместно с компаниями Bechstein и Siemens , заменив деку ламповыми усилителями . В фортепиано использовались электромагнитные звукосниматели для создания электронно модифицированного и усиленного звука так же, как в электрогитаре . На самом деле он был пианистом, иногда аккомпанировавшим Эйнштейну на скрипке.

Рост антисемитизма

В 1933 году Нернст узнал, что коллегу, с которым он надеялся сотрудничать, уволили с кафедры, потому что он был евреем. Нернст немедленно поехал к Габеру, чтобы попросить должность в его институте, который не контролировался правительством, только для того, чтобы узнать, что Габер переезжает в Англию. Вскоре Нернст попал в беду из-за того, что отказался заполнить правительственную форму о своем расовом происхождении. Он ушел с должности профессора, но был уволен из правления Института кайзера Вильгельма . Он жил тихо в деревне; в 1937 году он отправился в Оксфордский университет , чтобы получить почетную степень, а также навестил свою старшую дочь, ее мужа и троих внуков.

В 1939 году у Нернста случился тяжелый сердечный приступ. Он умер в 1941 году в Гау, Нижняя Силезия, Восточная Пруссия (ныне Нивица, Польша) и был похоронен трижды. Впервые его похоронили недалеко от места его смерти. Однако его останки были перевезены в Берлин, где он был похоронен во второй раз. В конце концов их снова перевезли и похоронили рядом с Максом Планком , Отто Ханом и Максом фон Лауэ в Геттингене , Германия.

Личная жизнь и семья

Нернст женился на Эмме Ломайер в 1892 году, от которой у него было два сына и три дочери. Оба сына Нернста погибли в Первой мировой войне.

Вместе со своими коллегами из Лейпцигского университета Якобусом Хенрикусом ван'т Хоффом и Сванте Аррениусом он закладывал основы новой теоретической и экспериментальной области исследований в области химии и предлагал поджечь неиспользуемые угольные пласты, чтобы повысить глобальную температуру. Он был ярым критиком Адольфа Гитлера и нацизма , а две из трех его дочерей вышли замуж за мужчин- евреев . После прихода Гитлера к власти они эмигрировали: один в Англию, другой в Бразилию.

Личность

Говорили, что Нернст обладал механическим складом ума и всегда думал о способах применения новых открытий в промышленности. Его хобби были охота и рыбалка. Его друга Альберта Эйнштейна забавляло «его детское тщеславие и самодовольство». «Его собственное исследование и лаборатория всегда представляли аспекты крайнего хаоса, которые его коллеги соответственно называли «состоянием максимальной энтропии»».

Почести

В 1923 году ботаник Игнац Урбан опубликовал Nernstia , род цветковых растений из Мексики, относящийся к семейству Rubiaceae и названный в его честь.

Публикации

• Вальтер Нернст, « Обоснование теоретической химии: девять статей (1889–1921) » (нем., Обоснование теоретической химии: девять статей, 1889–1921). Франкфурт-на-Майне: Verlag Harri Deutsch , ок. 2003. ISBN   3-8171-3290-5
• Вальтер Нернст, « Теоретические и экспериментальные основы новой теоремы о теплопроводности » (нем. «Теоретические и экспериментальные основы новой теоремы о теплопроводности»). Галле [нем.] В. Кнапп, 1918 [тр. 1926]. [ред., это список термодинамических работ Физико-химического института Берлинского университета (1906–1916); Доступен перевод Гая Барра LCCN   27-2575.
• Вальтер Нернст, « Теоретическая химия с точки зрения закона Авогадро и термодинамики». Штутгарт, Ф. Энке, 1893 г. [5-е издание, 1923 г.]. LCCN   по28-417

См. также

• Немецкие изобретатели и первооткрыватели
• Цепная реакция
• Космологическая постоянная проблема
• Космическое фоновое излучение
• История электрофореза
• Уравнение Нернста – Эйнштейна
• Соглашение Нернста – Льюиса – Латимера
• Твердотельная ионика
• Стохастическая электродинамика
• Пороговый потенциал
• Уставший свет
• Энергия нулевой точки

Цитированные источники

• Стоун, А. Дуглас (2013) Эйнштейн и квант . Издательство Принстонского университета. ISBN   1-4915-3104-5

Дальнейшее чтение

• Баркан, Диана Кормос (1998). Вальтер Нернст и переход к современной физической науке . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-44456-9 .
• Бартель, Ханс-Георг; Хюбенер, Рудольф П. (2007). Вальтер Нернст. Пионер физики и химии . Сингапур: World Scientific . ISBN  978-981-256-560-0 .
• Мендельсон, Курт Альфред Георг (1973). Мир Вальтера Нернста: взлет и падение немецкой науки . Лондон: Макмиллан. ISBN  978-0-333-14895-2 .

Внешние ссылки

• Кац, Евгений. «Герман Вальтер Нернст» . Проверено 5 декабря 2008 г.
• «Нернст: архитектор физической революции» . Мир физики . Сентябрь 1999 г. - Рецензия на книгу Дианы Баркан « Вальтер Нернст и переход к современной физической науке».
• « Герман Вальтер Нернст, Нобелевская премия по химии 1920 года: вручение премии ». Презентационная речь профессора Жерара Де Гира , президента Шведской королевской академии наук .
• Шмитт, Ульрих, « Вальтер Нернст ». Физико-химический институт, Геттинген
• «Вальтер Нернст» (PDF) . нобельзеркало .
• Вальтер Нернст в проекте «Математическая генеалогия»
• Вырезки из газет о Вальтере Нернсте в архив ZBW ХХ веке Пресс -
• Кассиус Клей Насименту, Жоау Педро Брага. «Лекция Вальтера Нернста в Бразилии» (PDF) .
• Вальтер Нернст на Nobelprize.org включая Нобелевскую лекцию 12 декабря 1921 г. Исследования по химической термодинамике.