Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс

Йоханнес ван дер Ваальс
Рожденный	( 1837-11-23 )23 ноября 1837 г. Лейден , Нидерланды
Умер	8 марта 1923 г. (1923-03-08)(85 лет) Амстердам , Нидерланды
Национальность	нидерландский язык
Альма-матер	Лейденский университет
Известен	Закладывая основы современной молекулярной физики (молекулярная теория) Зарождаясь современной теории межмолекулярных сил Закон соответствующих состояний Реальный газовый закон Ван-дер-Ваальсовы силы Ван-дер-Ваальсовы уравнение состояния Ван-дер-Ваальсов радиус Ван-дер-Ваальсова поверхность Ван-дер-Ваальсова молекула
Награды	Нобелевская премия по физике (1910 г.)
Научная карьера
Поля	Теоретическая физика , термодинамика
Учреждения	Амстердамский университет
Докторант	Питер Рийке
Докторанты	Дидерик Кортевег Виллем Хендрик Кеесом
Влияния	Рудольф Клаузиус Людвиг Больцманн Джозия Уиллард Гиббс Томас Эндрюс
Под влиянием	Хайке Камерлинг-Оннес Виллем Хендрик Кеесом Питер Дебай Зигмунт Флоренти Врублевски Джеймс Дьюар Фриц Лондон Современная молекулярная наука (включая молекулярную физику и молекулярную динамику ) Криогеника

Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс ( голландское произношение: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dɛr ˈʋaːls] ( слушать ) ^{[примечание 1]} ; 23 ноября 1837 - 8 марта 1923) был голландским физиком-теоретиком и термодинамиком, известным своей новаторской работой по уравнению состояния для газы и жидкости. Ван дер Ваальс начал свою карьеру школьным учителем. Он стал первым профессором физики Амстердамского университета, когда в 1877 году старый Атенеум был преобразован в муниципальный университет. Ван дер Ваальс получил Нобелевскую премию по физике 1910 года за свою работу по уравнению состояния.для газов и жидкостей. ^[1]

Его имя ассоциируется прежде всего с Ван - дер - Ваальса уравнение из состояния , которая описывает поведение газов и их конденсации в жидкую фазу . Его имя также связано с силами Ван-дер-Ваальса (силы между стабильными молекулами ) ^[2], с молекулами Ван-дер-Ваальса (небольшие молекулярные кластеры, связанные силами Ван-дер-Ваальса) и с радиусами Ван-дер-Ваальса (размерами молекул). Как сказал Джеймс Клерк Максвелл , «не может быть никаких сомнений в том, что имя Ван дер Ваальса скоро станет одним из ведущих в молекулярной науке ». ^[3]

В 1873 году диссертации, Ван - дер - Ваальса отметил неидеальность из реальных газов и отнести его к существованию межмолекулярных взаимодействий . Он ввел первое уравнение состояния, выведенное из предположения о конечном объеме, занимаемом составляющими молекулами. ^[4] Возглавляемые Эрнстом Махом и Вильгельмом Оствальдом сильное философское течение, отрицающее существование молекул, возникло в конце 19 века. Молекулярное существование считалось недоказанным, а молекулярная гипотеза - ненужной. В то время Ван - дер - Ваальса диссертации была написана (1873 г.), то молекулярная структура изжидкости не были приняты большинством физиков, а жидкость и пар часто считались химически разными. Но работа Ван дер Ваальса подтвердила реальность молекул и позволила оценить их размер и привлекательную силу . Его новая формула произвела революцию в изучении уравнений состояния. Сравнивая свое уравнение состояния с экспериментальными данными, Ван-дер-Ваальс смог получить оценки фактического размера молекул и силы их взаимного притяжения . ^[5]

Влияние работ Ван дер Ваальса на молекулярную физику ХХ века было прямым и фундаментальным. ^[6] Введя параметры, характеризующие размер молекулы и притяжение, при построении своего уравнения состояния , Ван-дер-Ваальс задал тон современной молекулярной науке . То, что молекулярные аспекты, такие как размер, форма, притяжение и многополярные взаимодействия, должны лечь в основу математических формулировок термодинамических и транспортных свойств жидкостей, в настоящее время считается аксиомой. ^[7]С помощью уравнения состояния Ван-дер-Ваальса параметры критических точек газов можно точно предсказать на основе термодинамических измерений, выполненных при гораздо более высоких температурах. Впоследствии азот , кислород , водород и гелий стали ожижаться . На Хайке Камерлинг-Оннес значительное влияние оказали новаторские работы Ван дер Ваальса. В 1908 году Оннес стал первым, кто произвел жидкий гелий ; это привело непосредственно к его открытию в 1911 году сверхпроводимости . ^[8]

Биография [ править ]

Ранние годы и образование [ править ]

Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс родился 23 ноября 1837 года в Лейдене, Нидерланды. Он был старшим из десяти детей, рожденных Якобом 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 среднюю школу, которая давала бы ему право поступать в университет. Вместо этого он пошел в школу «продвинутого начального образования», которую окончил в возрасте пятнадцати лет. Затем он стал учеником учителя в начальной школе. Между 1856 и 1861 годами он прошел курсы и получил необходимую квалификацию, чтобы стать учителем начальной школы и завучем.

В 1862 году он начал посещать лекции по математике, физике и астрономии в университете в своем родном городе, хотя он не имел права быть зачисленным в качестве обычного студента отчасти из-за отсутствия у него образования в классических языках . Однако в Лейденском университете было положение, позволяющее иностранным студентам посещать до четырех курсов в год. В 1863 году голландское правительство открыло новую среднюю школу (HBS, школа для детей из высших средних классов). Ван дер Ваальс - в то время глава начальной школы - хотел стать учителем HBS по математике и физике и два года учился в свободное время для сдачи необходимых экзаменов.

В 1865 году он был назначен учителем физики в HBS в Девентере, а в 1866 году он получил такую ​​должность в Гааге , которая была достаточно близко к Лейдену, чтобы позволить Ван дер Ваальсу возобновить свои курсы в 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 , которые давали бы ему право поступать в университет в качестве обычного студента и сдавать экзамены. Однако случилось так, что закон, регулирующий поступление в университеты, был изменен, и министр образования мог освободить от изучения классических языков. Ван дер Ваальс получил это разрешение и сдал квалификационные экзамены по физике и математике для получения докторской степени .

В Лейденском университете 14 июня 1873 года он защитил докторскую диссертацию « Over de Continuiteit van den Gasen Vloeistoftoestand» (о непрерывности газообразного и жидкого состояния) под руководством Питера Рийке . В своей диссертации он ввел понятия молекулярного объема и молекулярного притяжения. ^[9]

В сентябре 1877 года Ван дер Ваальс был назначен первым профессором физики в только что основанном муниципальном университете Амстердама . Двумя его известными коллегами были физико-химик Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и биолог Гуго де Фрис . До выхода на пенсию в возрасте 70 лет Ван дер Ваальс оставался в Амстердамском университете. Его сменил его сын Иоганнес Дидерик ван дер Ваальс-младший, который также был физиком-теоретиком. В 1910 году в возрасте 72 лет Ван дер Ваальс был удостоен Нобелевской премии по физике. Он умер 8 марта 1923 года в возрасте 85 лет.

Научная работа [ править ]

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистическая Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Фаза (материя) Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Термический КПД
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ partial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ partial T}$ Сжимаемость  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Термическое расширение  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Онсагер взаимные отношения Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Возможности Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\displaystyle U(S,V)}$ Энтальпия ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии неоднородных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Другой Зарождение Самостоятельная сборка Самоорганизация Порядок и беспорядок
Книга Категория
v т е

Главный интерес Ван-дер-Ваальса был в области термодинамики . На него повлиял трактат Рудольфа Клаузиуса 1857 года под названием Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen ( О виде движения, которое мы называем теплом ). ^{[10] [11]} Ван дер Ваальс позже находился под сильным влиянием работ Джеймса Клерка Максвелла , Людвига Больцмана и Уилларда Гиббса . Работа Клаузиуса заставила его искать объяснение экспериментов Томаса Эндрюса , которые показали в 1869 году существование критических температур в жидкостях. ^[12]Ему удалось дать полуколичественное описание явлений конденсации и критических температур в своей диссертации 1873 года, озаглавленной Over de Continuiteit van den Gas-en Vloeistoftoestand (О непрерывности газового и жидкого состояний). ^[13] Эта диссертация представляла собой отличительную черту в физике и была немедленно признана таковой, например, Джеймсом Клерком Максвеллом, который хвалебно рассмотрел ее в Nature ^[14] .

В этой диссертации он вывел уравнение состояния, носящее его имя. Эта работа дала модель, в которой жидкая и газовая фазы вещества непрерывно сливаются друг с другом. Это показывает, что две фазы имеют одинаковую природу. При выводе своего уравнения состояния Ван-дер-Ваальс предполагал не только существование молекул (существование атомов в то время оспаривалось ^[15] ), но и то, что они имеют конечный размер и притягиваются друг к другу. Поскольку он был одним из первых, кто постулировал межмолекулярную силу, какой бы элементарной она ни была, такую ​​силу теперь иногда называют силой Ван-дер-Ваальса .

Вторым крупным открытием был Закон соответствующих состояний 1880 года, который показал, что уравнение состояния Ван-дер-Ваальса может быть выражено как простая функция критического давления, критического объема и критической температуры. Эта общая форма применима ко всем веществам (см. Уравнение Ван-дер-Ваальса ). Специфические для соединения константы a и b в исходном уравнении заменены универсальными (не зависящими от соединения) величинами. Именно этот закон , который служил в качестве руководства в ходе экспериментов , которые в конечном счете привели к разжижению из водорода с помощью Джеймса Дьюара в 1898 году и гелий по Камерлинг-Оннес в 1908 г.

В 1890 году Ван дер Ваальс опубликовал трактат по теории двоичных решений в Archives Néerlandaises. Связывая свое уравнение состояния со Вторым законом термодинамики в форме, впервые предложенной Уиллардом Гиббсом, он смог прийти к графическому представлению своих математических формулировок в виде поверхности, которую он назвал (Psi) поверхностью после Гиббс, который использовал греческую букву Ψ для обозначения свободной энергии системы с различными фазами в равновесии.

Следует также упомянуть теорию капиллярности Ван дер Ваальса, которая в своей основной форме впервые появилась в 1893 году. ^[16] В отличие от механической точки зрения на предмет, представленной ранее Пьером-Симоном Лапласом , ^[17] Ван дер Ваальс придерживался термодинамический подход. В то время это вызывало споры, поскольку существование молекул и их постоянное быстрое движение не было общепризнанным до экспериментальной проверки Жан-Батистом Перреном теоретического объяснения броуновского движения Альбертом Эйнштейном .

Личная жизнь [ править ]

Он женился на Анне Магдалене Смит в 1865 году, и у пары было три дочери (Анна Мадлен, Жаклин Э. ван дер Ваальс  [ nl ] , Johanna Diderica) и один сын, физик Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс младший  [ nl ] Жаклин была поэт какой-то заметный. Племянник Ван дер Ваальса Питер ван дер Ваальс был краснодеревщиком и ведущей фигурой в школе искусств и ремесел Саппертона, Глостершир . Жена Йоханнеса ван дер Ваальса умерла от туберкулезав 1881 году ему было 34 года. Овдовев, Ван дер Ваальс больше не женился и был настолько потрясен смертью своей жены, что не публиковал ничего около десяти лет. Он умер в Амстердаме 8 марта 1923 года, через год после смерти его дочери Жаклин.

Почести [ править ]

Ван дер Ваальс получил множество наград и отличий, помимо Нобелевской премии по физике 1910 года. Ему было присвоено звание почетного доктора Кембриджского университета ; стал почетным членом Императорского общества естествоиспытателей Москвы , Ирландской королевской академии и Американского философского общества (1916); ^[18] член-корреспондент Института Франции и Королевской академии наук Берлина ; Член-корреспондент Королевской академии наук Бельгии ; и иностранный член химического общества в Лондоне , в Национальной академии наук США(1913), ^[19] и Академии деи Линчеи в Риме. Ван дер Ваальс стал членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук в 1875 году. ^[20] С 1896 по 1912 год он был секретарем этого общества. Кроме того, в 1912 году он был избран почетным членом Нидерландского химического общества ^[21].

Связанные цитаты [ править ]

... Не может быть никаких сомнений в том, что имя Ван дер Ваальса скоро станет одним из ведущих в молекулярной науке,

-  Замечания Джеймса Клерка Максвелла в журнале Nature (1873 г.). ^[3]

... Будет совершенно ясно, что во всех моих исследованиях я был совершенно убежден в реальном существовании молекул, что я никогда не считал их плодом своего воображения или даже просто центрами силовых эффектов. Я считал их настоящими телами, поэтому то, что мы называем «телом» в повседневной речи, лучше называть «псевдотелом». Это совокупность тел и пустого пространства. Мы не знаем природы молекулы, состоящей из одного химического атома. Было бы преждевременно искать ответ на этот вопрос, но признание этого незнания никоим образом не умаляет веры в его реальное существование. Когда я начал учебу, у меня было ощущение, что я почти одинок со своим мнением. И когда, как это произошло уже в моем трактате 1873 года, я определил их количество в одном грамме-моль, их размер и характер их действия,Я укрепился в своем мнении, но все же внутри меня часто возникал вопрос, является ли в конечном счете молекула плодом воображения и всей молекулярной теории тоже. И теперь я не думаю, что будет преувеличением утверждать, что реальное существование молекул повсеместно предполагается физиками. Многие из тех, кто больше всего противился этому, в конечном итоге были покорены, и моя теория, возможно, сыграла важную роль. И именно это, как мне кажется, шаг вперед. Всякий, кто знаком с трудамиМногие из тех, кто больше всего противился этому, в конечном итоге были покорены, и моя теория, возможно, сыграла важную роль. И именно это, как мне кажется, шаг вперед. Всякий, кто знаком с трудамиМногие из тех, кто больше всего противился этому, в конечном итоге были покорены, и моя теория, возможно, сыграла важную роль. И именно это, как мне кажется, шаг вперед. Всякий, кто знаком с трудамиБольцман 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 ...

-  Johannes Д. ван - дер - Ваальса примечаниями в Нобелевской лекции , уравнение состояния для газов и жидкостей (12 декабря 1910).

См. Также [ править ]

• Уравнение Ван-дер-Ваальса
• Радиус Ван-дер-Ваальса
• Сила Ван-дер-Ваальса
• Уравнение состояния Редлиха – Квонга.
• Уравнение состояния Пенга – Робинсона.

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

Источники [ править ]

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 жидкости Unmix: открытия школы Ван-дер-Ваальса и Камерлинг-Оннеса . (Амстердам: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
• Шахтман, Том: Абсолютный ноль и покорение холода . (Бостон: Houghton Mifflin, 1999)
• Ван Делфт, Дирк: Физика замораживания: Хайке Камерлинг-Оннес и в поисках холода . (Амстердам: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
• Ван дер Ваальс, JD: отредактировано и вступление. Дж. С. Роулинсон: О непрерывности жидкого и газообразного состояний . (Нью-Йорк: Dover Publications, 2004 г., 320 стр.)

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Иоганнесом Дидериком ван дер Ваальсом .

В Wikisource есть оригинальные работы, написанные Йоханнесом Дидериком ван дер Ваальсом или о нем.

• Ученые голландской школы Ван дер Ваальса , Королевская Нидерландская академия искусств и наук
• Альберт ван Хелден Иоганнес Дидерик ван дер Ваальс 1837 - 1923 В: К. ван Беркель, А. ван Хелден и Л. Палм изд., История науки в Нидерландах. Обзор, темы и ссылки (Leiden: Brill, 1999) 596 - 598.
• Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс на Nobelprize.org, включая Нобелевскую лекцию, 12 декабря 1910 г. Уравнение состояния для газов и жидкостей
• Музей Бурхааве "Negen Nederlandse Nobelprijswinnaars" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 7 июня 2011 года.  (2,32  МБ )
• Х.М. Снелдерс, Ваальс-старший, Йоханнес Дидерик ван дер (1837–1923) , в Biografisch Woordenboek van Nederland.
• Биография Иоганнеса Дидерика ван дер Ваальса (1837–1923) в Национальной библиотеке Нидерландов.