Маккорн Ренкин

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Июль 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Уильям Джон Маккорн Ренкин
Уильям Джон Маккорн Ренкин
Рожденный	( 1820-07-05 )5 июля 1820 г. Эдинбург , Шотландия
Умер	24 декабря 1872 г. (1872-12-24)(52 года) Глазго , Шотландия
Национальность	Шотландский
Альма-матер	Эдинбургский университет
Известен	Шкала Ренкина Законы термодинамики Соотношение Ренкина – Гюгонио
Награды	Медаль Кита (1854 г.)
Научная карьера
Поля	Физика , инженерия , гражданское строительство
Учреждения	Университет Глазго
Под влиянием	Пьер Дюгем

Ренкин FRSE FRS ( / г æ ŋ к ɪ п / ; 5 июля 1820 - 24 декабря 1872) был шотландский инженер - механик , который также способствовал гражданской инженерии , физики и математики. Вместе с Рудольфом Клаузиусом и Уильямом Томсоном (лорд Кельвин) он был одним из основателей науки термодинамики , уделяя особое внимание первому из трех термодинамических законов. Он разработал шкалу Ренкина , эквивалентную шкале температуры Кельвина , но в градусах Фаренгейта, а не по Цельсию.

Ренкин разработал полную теорию парового двигателя и всех тепловых двигателей. Его руководства по инженерной науке и практике использовались в течение многих десятилетий после их публикации в 1850–1860-х годах. Он опубликовал несколько сотен статей и заметок на научные и инженерные темы, начиная с 1840 года, и его интересы были чрезвычайно разнообразны, в том числе в молодости ботаника , теория музыки и теория чисел , а в зрелые годы - большинство основных областей науки. , математика и инженерия.

Он был увлеченным певцом-любителем, пианистом и виолончелистом, сочинявшим собственные юмористические песни.

Жизнь [ править ]

Рэнкин родился в Эдинбурге в семье лейтенанта Дэвида Рэнкина (так в оригинале), инженера-строителя с военным прошлым, который позже работал на железной дороге Эдинбург- Далкейт (местно известной как Невинная железная дорога). ^{[1] [2]} Его матерью была Барбара Грэхем из известной юридической и банковской семьи.

Его отец путешествовал по Шотландии по различным проектам, и семья переехала вместе с ним. Первоначально Уильям получил домашнее образование, но позже он учился в Эр-академии (1828–29), а затем в Средней школе Глазго (1830). Примерно в 1830 году семья переехала в Эдинбург, когда отец получил должность управляющего Эдинбургской железной дорогой Далкейт. Семья тогда жила по адресу 2 Arniston Place. ^[3]

В 1834 году он был отправлен в Шотландскую военно-морскую академию на Лотиан-роуд в Эдинбурге ^[4] вместе с математиком Джорджем Ли. К тому году Уильям уже был в высшей степени искусным в математике и получил в подарок от своего дяди « Начала» Исаака Ньютона (1687 г.) на оригинальном латыни.

В 1836 году Рэнкин начал изучать широкий спектр научных тем в Эдинбургском университете , включая естественную историю при Роберте Джеймсоне и натурфилософию при Джеймсе Дэвиде Форбсе . По версии Forbes, он был награжден премиями за очерки о методах физических исследований и волновой (или волновой) теории света . Во время каникул он помогал своему отцу, который с 1830 года был менеджером, а затем эффективным казначеем и инженером Эдинбургско-Далкейтской железной дороги, которая доставляла уголь в растущий город. Он покинул Эдинбургский университет в 1838 году, не получив ученой степени (что в то время не было необычным), и, возможно, из-за стесненных семейных финансов, стал ученым.ученик сэра Джона Бенджамина Макнейла , который в то время был геодезистом Ирландской железнодорожной комиссии . Во время учебы он разработал технику, позже известную как метод Ренкина , для построения кривых железных дорог, полностью используя теодолит и значительно улучшая точность и производительность по сравнению с существующими методами. Фактически, эта техника одновременно использовалась другими инженерами - и в 1860-х годах возник небольшой спор о приоритете Ренкина.

1842 год также ознаменовал собой первую попытку Ренкина свести явление тепла к математической форме, но он был разочарован отсутствием экспериментальных данных. Во время визита королевы Виктории в Шотландию, позже в том же году, он устроил большой костер на Троне Артура , построенный с излучающими воздушными проходами под топливом. Костер послужил маяком для зажигания череды других костров по всей Шотландии.

В 1850 году он был избран членом Королевского общества Эдинбурга, его предложившим был профессор Джеймс Дэвид Форбс . Он получил премию Кейта Общества за период 1851–1853 годов. Он был вице-президентом Общества с 1871 по 1872 год. ^[2]

С 1855 года он был профессором гражданского строительства и механики в Университете Глазго . ^[2]

Он умер в доме 8 по адресу: Albion Crescent (теперь называется Dowanside Road), Dowanhill, Glasgow, в 23:45 в канун Рождества 24 декабря 1872 года, в возрасте всего 52 лет. ^[5] Он не был женат и не имел детей. Его смерть зарегистрировал его дядя Алекс Грэм (зять его покойной матери).

Термодинамика [ править ]

Неустрашимый ^{[ требуется пояснение ]} Ренкин вернулся к своему юношескому увлечению механикой теплового двигателя . Хотя его теория циркулирующих потоков упругих вихрей, объемы которых самопроизвольно адаптировались к окружающей среде, кажется ученым фантастической, сформированной на основе современной теории, к 1849 году ему удалось найти взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой . В следующем году, он использовал свою теорию для установления связи между температурой, давлением и плотностью от газов , а также выражений для скрытой теплоты от испарения из ажидкость . Он точно предсказал удивительный факт , что кажущаяся удельная теплоемкость из насыщенного пара будет отрицательной. ^[6]

Воодушевленный своим успехом, в 1851 году он приступил к расчету эффективности тепловых двигателей и использовал свою теорию в качестве основы для вывода принципа, согласно которому максимально возможный КПД любого теплового двигателя зависит только от двух температур, между которыми он работает. . Хотя аналогичный результат уже был получен Рудольфом Клаузиусом и Уильямом Томсоном , Рэнкин утверждал, что его результат основывается только на его гипотезе о молекулярных вихрях, а не на теории Карно или другом дополнительном предположении. Эта работа стала первым шагом на пути Рэнкина к разработке более полной теории тепла.

Позже Ренкин переработал результаты своих молекулярных теорий в терминах макроскопического описания энергии и ее преобразований. Он определил и различал реальную энергию, которая терялась в динамических процессах, и потенциальную энергию , которой она заменялась. Он предположил, что сумма двух энергий постоянна, идея, уже известная, хотя и ненадолго, в законе сохранения энергии . С 1854 года он широко использовал свою термодинамическую функцию, которая, как он позже понял, идентична энтропии Клаузиуса. К 1855 году Ренкин сформулировал энергетическую науку.в котором дается объяснение динамики с точки зрения энергии и ее преобразований, а не силы и движения . Эта теория была очень влиятельной в 1890-х годах. В 1859 году он предложил шкалу температуры Ранкина , абсолютную или термодинамическую шкалу, градус которой равен градусу Фаренгейта .

Энергетика предложила Рэнкину альтернативный и более распространенный подход к его науке, а с середины 1850-х годов он стал гораздо реже использовать свои молекулярные вихри. Тем не менее, он по-прежнему утверждал, что работа Максвелла по электромагнетизму фактически является продолжением его модели. А в 1864 году он утверждал, что микроскопические теории тепла, предложенные Клаузиусом и Джеймсом Клерком Максвеллом , основанные на линейном движении атомов, неадекватны. Лишь в 1869 году Ранкин признал успех этих конкурирующих теорий. К тому времени его собственная модель атома стала почти идентичной модели Томсона.

Как и была его постоянная цель, особенно как преподаватель инженерного дела, он использовал свои собственные теории для получения ряда практических результатов и разъяснения их физических принципов, включая:

• Уравнение Ренкина – Гюгонио для распространения ударных волн определяет поведение ударных волн, нормальных набегающему потоку. Он назван в честь физика Ранкина и французского инженера Пьера Анри Гюгонио ;
• Цикл Ренкина , анализ идеального теплового двигателя с конденсатором. Как и другие термодинамические циклы, максимальная эффективность цикла Ренкина определяется путем вычисления максимальной эффективности цикла Карно ;
• Свойства пара, газов и паров.

История роторной динамики изобилует взаимодействием теории и практики. Ренкин впервые провел анализ вращающегося вала в 1869 году, но его модель не была адекватной, и он предсказал, что сверхкритические скорости не могут быть достигнуты.

Исследования усталости [ править ]

Рэнкин был одним из первых инженеров, которые осознали, что усталостные отказы железнодорожных осей вызваны возникновением и ростом хрупких трещин. В начале 1840-х годов он исследовал множество сломанных осей, особенно после крушения поезда в Версале в 1842 году, когда ось локомотива внезапно сломалась, что привело к гибели более 50 пассажиров. Он показал, что оси вышли из строя из-за прогрессирующего роста хрупкой трещины от заплечика или другого источника концентрации напряжения на валу, такого как шпоночная канавка . Его поддержал аналогичный прямой анализ вышедших из строя осей Джозефом Глинном , где оси вышли из строя из-за медленного роста хрупкой трещины в процессе, теперь известном как усталость металла.. Вероятно, аналогичным образом вышла из строя передняя ось одного из локомотивов, участвовавших в крушении поезда в Версале . Рэнкин представил свои выводы в документе, переданном в Институт инженеров-строителей. Его работа была проигнорирована , однако, многими инженерами , которые упорно веря , что стресс может привести к «повторной кристаллизации» металл, миф , который сохранялся даже в последнее время. Теория перекристаллизации была совершенно неверной и препятствовала стоящим исследованиям, пока работа Уильяма Фэйрбернанесколько лет спустя, что показало ослабление эффекта повторного изгиба на больших балках. Тем не менее усталость остается серьезным и малоизученным явлением и является основной причиной многих аварий на железных дорогах и в других местах. Это все еще серьезная проблема, но, по крайней мере, сегодня ее гораздо лучше понимают, и поэтому ее можно предотвратить путем тщательного проектирования.

Другая работа [ править ]

Рэнкин занимал должность регионального профессора гражданского строительства и механики в Университете Глазго с ноября 1855 года до своей смерти в декабре 1872 года, проводя инженерные исследования по ряду направлений в гражданском строительстве и машиностроении .

Рэнкин сыграл важную роль в формировании предшественника Офицерского учебного корпуса Университета Глазго , 2-го Ланаркширского стрелкового добровольческого корпуса в Университете Глазго в июле 1859 года, став майором в 1860 году после того, как он был преобразован в первую роту 2-го батальона, 1-го Ланаркширского стрелкового добровольца. Корпус; он служил до 1864 года, когда ушел в отставку из-за загруженности работой - большая часть которой была связана с военно-морской архитектурой.

Гражданское строительство [ править ]

В Ренкине лекция , организованная Ассоциацией Британской геотехнической , названа в знаке признания значительного вклада Ренкин , сделанный в:

• Силы в каркасных конструкциях ;
• Механика грунтов ; особенно в теории бокового давления земли и стабилизации подпорных стенок . Его именем назван метод Рэнкина для анализа давления грунта.

Морская архитектура [ править ]

Рэнкин тесно сотрудничал с судостроителями Клайда, особенно со своим другом и соратником на протяжении всей жизни Джеймсом Робертом Напьером , чтобы превратить военно-морскую архитектуру в инженерное дело. Он был членом - основателем и первым президентом ^[7] из Института инженеров и судостроителей в Шотландии в 1857. Он был одним из первых членом Королевского института судостроителей (основан в 1860 г.) и присутствовал на многих из своих ежегодных совещаний. Вместе с Уильямом Томсоном и другими Рэнкин был членом комиссии по расследованию скандального гибели корабля HMS Captain .

Награды и награды [ править ]

• Член Королевского шотландского общества искусств
• Сотрудник Института инженеров-строителей , 1843 г. (он никогда не был полноправным членом)
• Член Королевского общества Эдинбурга , 1850 г.
• Член Лондонского королевского общества , 1853 г. ^[8]
• Медаль Кита Эдинбургского королевского общества, 1854 г.
• Президент-основатель Института инженеров и кораблестроителей в Шотландии , 1857 г.
• LL.D. из Тринити-колледжа, Дублин , 1857 г.
• Иностранный член Шведской королевской академии наук , 1868 г.
• Ренкина шкала абсолютных Фаренгейта названа в его честь.
• Ранкин , небольшой ударный кратер недалеко от восточного края Луны , также назван в его честь.
• В 2013 году он был одним из четырех человек, попавших в Зал славы инженеров Шотландии . ^[9]

Публикации [ править ]

Книги

• Руководство по прикладной механике (1858 г.)
• Руководство по паровозу и другим основным движителям (1859 г.)
• Руководство гражданского строительства (1861)
• Судостроение, теоретическое и практическое (1866 г.)
• Руководство по машинам и столярным изделиям (1869)

Статьи

• О механическом действии тепла, особенно в газах и парах (1850 г.), прочитано в Королевском обществе Эдинбурга 4 февраля 1850 г.
• Об общем законе преобразования энергии (1853 г.), прочитанное в Философском обществе Глазго ^[10]
• К термодинамической теории волн конечного продольного возмущения (1869 г.)
• Очерки энергетической науки (1855 г.), прочитанные в Философском обществе Глазго

• Эта работа повлияла французский физик Дюгем «s Трактат l'énergétique (1911) , в которой он считал термодинамика , а не классической механики , чтобы быть более фундаментальной теории.

О Рэнкине

• Рэнкин, Уильям Джон МакКуорн (1881). Разные научные статьи . Лондон: Чарльз Гриффин и компания.

См. Также [ править ]

• Тело Ренкина
• Цикл Ренкина
• Метод Ренкина
• Теория Ренкина
• Вихрь Ренкина
• Условия Ренкина – Гюгонио
• Теория импульса
• Усталость металла
• Государственная функция
• Кривая перехода трека

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Уильяма Джона Маккорна Рэнкина .

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Macquorn Rankine

В Wikisource есть оригинальный текст, относящийся к этой статье: Основы энергетической науки

• Работы Macquorn Rankine или о нем в Internet Archive
• Работы Маккорна Рэнкина в LibriVox (аудиокниги, являющиеся общественным достоянием)
• Паркинсон, EM (2008). "Уильям Джон Маккорн Рэнкин" . В Гиллиспи, Чарльз (ред.). Словарь научной биографии . Нью-Йорк: Скрибнер и Американский совет научных обществ. ISBN 978-0-684-10114-9.
• Дж. Маккуорн Рэнкин
• Чисхолм, Хью, изд. (1911). «Рэнкин, Уильям Джон Маккорн»  . Британская энциклопедия (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.