Больцман людвиг эдуард (1844-1906)

Людвиг Больцман

Людвиг Больцман (полное имя Людвиг Эдуард) (1844-1906) — австрийский физик, один из величайших физиков-теоретиков конца 19 — начала 20 века, и один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал статистическое обоснование второго начала термодинамики в 1872 году. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана — Больцмана).

Людвиг Больцман  родился 20 февраля 1844, Вена, Австрия. Скончался 5 сентября 1906, Дуино, близ Триеста, Австро-Венгрия, ныне Италия).

Семья и образование

Деду Людвига, переселившемуся из Германии в Австрию, принадлежала часовая фабрика, и поэтому семья была состоятельной. Отец Людвига был акцизным чиновником. По роду его службы семья переехала сначала из Вены в Вельс, а затем в Линц, где Людвиг поступил в школу. Пятнадцати лет он потерял отца.

По воспоминаниям современников, родители, особенно мать, оказали на Людвига огромное благотворное воспитательное воздействие.

Людвиг учился прекрасно, был прилежен, аккуратен и (по собственным его воспоминаниям) имел тот недостаток, что был несколько избыточно честолюбив и даже склонен к карьеризму. Но это мнение следует отнести к исключительной самокритичности Больцмана, одному из проявлений высочайшего уровня его моральных принципов.

Обратите внимание

Уже в детские годы обнаружилась трепетная любовь Людвига к природе, его увлечение музыкой и поэзией. Он говорил впоследствии, что Шиллер оказал на него решающее влияние. После окончания школы его обучение продолжилось в Венском университете. В числе его учителей нужно, в первую очередь, назвать Йозефа Стефана, с которым его впоследствии связала большая дружба.

Научная карьера Людвига Больцмана 

В 1866 Л. Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват-доцентом. В течение двух лет он был ассистентом Стефана, включившись в исследования теплового излучения: итогом этих работ явился впоследствии известный закон Стефана-Больцмана.

Закон Стефана-Больцмана — закон излучения, устанавливает зависимость полной (по всем частотам излучения) испускательной способности абсолютно черного тела от абсолютной температуры T: u = T4. Открыт Й. Стефаном (1879), теоретически обоснован Л. Больцманом (1884).

В 1868 двадцатичетырехлетний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце. Последующие два года принесли Больцману много ярких впечатлений. Он познакомился с рядом крупнейших немецких ученых того времени, общался в Гейдельберге с Робертом Бунзеном, потом — с Густавом Кирхгофом и Германом Гельмгольцем в Берлине.

Видимо, в Германии Больцману понравилось не все. Берлин раздражал его своей прусской чопорностью и строгостью. Он писал друзьям: «Взгляд, обращенный Гельмгольцем, дал мне понять, что учащемуся не пристало веселье и юмор».

Людвиг Больцман — преподаватель

В 1869-76 Л. Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете, читал лекции по «механической теории теплоты», по теории упругости, по акустике и капиллярности.

Позже к этому добавились дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, теория чисел, аналитическая геометрия.

Потом — теория газов, гидродинамика, электричество, магнетизм, а в последние годы еще курс «Избранные главы из натурфилософии».

Уже этот перечень показывает, насколько широк был охват педагогической работы.

Важно

По воспоминаниям учеников Больцмана, лектором он был превосходным. К студентам относился со всем известной симпатией, был счастлив, если мог оказать услугу. Когда будущий известный теоретик, тогда еще студент, Пауль Эренфест, сделал доклад об одной из работ Больцмана, тот воскликнул: «Если бы я сам так хорошо знал свои работы!»

Обычно на лекции Людвиг Больцман  пользовался тремя досками, сначала выписывая на одной из них те основные формулы, которые были выведены на предыдущем занятии, а затем и новые, так что к концу лекции весь материал был на глазах у студентов.

После Вены Больцман перешел в Грац профессором на кафедру экспериментальной физики (1869-73). Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым и увлеченным экспериментатором («вряд ли имеющим себе равного» — были и такие мнения), но, конечно, теория была на первом плане.

В 1890 Людвигу Больцману  предложили кафедру теоретической физики в Мюнхене. Там он проработал около четырех лет, а в 1894, после кончины Стефана, стал его преемником на кафедре теоретической физики в Венском университете, где он и проработал до дня своей трагической кончины.

Перерыв в этой работе был в 1901-1902, когда Больцман читал лекции в университете в Лейпциге.

Для чтения же отдельных лекций и небольших курсов его многократно приглашали в университеты ряда стран мира, среди которых были и университеты Америки (он побывал там трижды и потом с большим юмором описал свои впечатления в небольшой книжке «Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо»).

Больцман как личность

Академии наук многих стран, в том числе и России, избрали его своим членом, ему было присвоено почетное звание доктора наук Оксфордского университета, Людвиг Больцман  был награжден многими орденами.

Но душой и сердцем он всегда оставался предан своей родной Австрии, особенно Грацу.

Совет

Он горячо любил природу (даже приобрел домик в горной деревне и — к некоторому изумлению соседей — самолично привел туда на веревке корову).

Вообще, рассказывая о Больцмане, часто приходится повторять: «любил». Он был жизнерадостным, очень любил детей, они с женой (он женился на студентке математического факультета Генриетте фон Айгентлер) устраивали для них праздники, и отец организовывал на них танцы.

Говорил: «То, чем я стал, я обязан Шиллеру», любил музыку, преклонялся перед Волфгангом Моцартом и Людвигом Бетховеном, устраивал дома музыкальные вечера и сам играл на рояле, любил своих учеников и преподавание, любил путешествовать, был общителен и остроумен.

И, конечно, главной его любовью была наука.

Основные научные достижения Людвига Больцмана

Основной темой научных исследований Больцмана была молекулярно-кинетическая теория. Наибольшие достижения связаны с работами по кинетической теории газов и статистическому обоснованию термодинамики.

Кинетическая теория газов — объясняет неравновесные свойства газов (явления переноса энергии, массы, импульса) на основе законов движения и взаимодействия молекул.

Конечно, эта проблематика появилась в физике и до Больцмана. Так, Джеймс Клерк Максвелл еще в 1859 установил закон распределения молекул по скоростям, а в 1867 показал статистическую природу второго начала термодинамики.

Больцман был одним из немногих, вполне осознавших значение работ Максвелла.

Он обобщил закон распределения скоростей молекул газов на газы, находящиеся во внешнем силовом поле, и установил формулу Больцмана распределения (1868-71).

Больцмана распределение (Максвелла — Больцмана распределение) — равновесное распределение частиц идеального газа по энергиям (E) во внешнем силовом поле (например, в поле тяготения); определяется функцией распределения f ~ e-E/kT, где E — сумма кинетической и потенциальной энергий частицы, T — абсолютная температура, k — постоянная Больцмана; является обобщением Л. Больцманом (1868-71) максвелловского распределения частиц по скоростям.

Обратите внимание

Применяя статистические методы к кинетической теории идеальных газов, Больцман вывел кинетическое уравнение газов.

Кинетическое уравнение: 1) в статистической физике — уравнение для одночастичной функции распределения системы многих частиц (дающей среднее число частиц с определенными значениями импульсов и координат), описывающее эволюцию системы во времени. Кинетическое уравнение для газа было впервые предложено в 1872 Л. Больцманом и носит его имя.

2) В кинетике химической — математическое выражение, устанавливающее зависимость скорости химической реакции от концентраций веществ в реагирующей системе.

Источник: https://calcsbox.com/post/ludvig-bolcman.html

Людвиг Больцман (1844–1906)

Людвиг Больцман, без сомнения, был величайшим ученым и мыслителем, которого дала миру Австрия. Еще при жизни Больцман, несмотря на положение изгоя в научных кругах, был признан великим ученым, его приглашали читать лекции во многие страны. И, тем не менее, некоторые его идеи остаются загадкой даже в наше время.

Сам Больцман писал о себе: «Идеей, заполняющей мой разум и деятельность, является развитие теории». А Макс Лауэ позднее эту мысль уточнит так: «Его идеал заключался в том, чтобы соединить все физические теории в единой картине мира».

<\p>

Людвиг Эдуард Больцман, родился в Вене 20 февраля 1844 года, как раз в ночь с последнего дня масленицы на среду, с которой начинался великий пост. Больцман обычно в шутку говорил, что из-за даты своего рождения он и получил характер, которому присущи резкие переходы от ликования к скорби.

Отец его, Людвиг Георг Больцман, работал в Имперском министерстве финансов. Он умер от туберкулеза, когда Людвигу было всего пятнадцать лет. Людвиг Больцман учился блестяще, а мать поощряла его разнообразные интересы, дав ему всестороннее воспитание. Так, в Линце Больцман брал уроки игры на фортепиано у знаменитого композитора Антона Брукнера.

Всю жизнь он любил музыку и часто устраивал в своем доме с друзьями домашние концерты. В 1863 году Больцман поступил в Венский университет, где изучал математику и физику.

Тогда максвелловская электродинамика представляла собой новейшее достижение теоретической физики. Не удивительно, что и первая статья Людвига была посвящена электродинамике.

Однако уже во второй своей работе, опубликованной в 1866 году в статье «О механическом значении второго начала термодинамики», где он показал, что температура соответствует средней кинетической энергии молекул газа, определились научные интересы Больцмана.

Осенью 1866 года, за два месяца до получения докторской степени, Больцман был принят в Институт физики на должность профессора-ассистента.

В 1868 году Больцману было присвоено право чтения лекций в университетах, а годом позже он стал ординарным профессором математической физики в университете в Граце.

В этот период он помимо разработки своих теоретических идей занимался и экспериментальными исследованиями связи между диэлектрической постоянной и показателем преломления с целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики и оптики. Для своих экспериментов он дважды брал в университете краткий отпуск, чтобы поработать в лабораториях Бунзена и Кенигсбергера в Гейдельберге и Гельмгольца и Кирхгофа в Берлине. Результаты этих исследований были опубликованы в 1873–1874 годах.

Больцман принимал также активное участие в планировании новой физической лаборатории в Граце, директором которой он позже стал.

Важно

Это был расцвет научной деятельности Больцмана. Однако ему не хватало широкой аудитории, он чувствовал потребность делиться своими идеями не только со студентами, жадно внимавшими молодому блестящему профессору, но и со своими коллегами-учеными. А Грац для этого был слишком маленьким городком.

Читайте также:  Приборы приемно-контрольные пожарные

Вот почему в 1873 году Людвиг Больцман возвращается в Вену в качестве профессора математики. Незадолго до отъезда он познакомился с будущей женой Генриеттой фон Айгентлер.

Популярность Больцмана в Вене была невероятной. Для его лекций всегда выбирали самые большие аудитории, чаще всего актовые залы.

И все равно все желающие попасть не могли.

Перед началом лекции служители вносили три черные доски. Самую большую ставили в центре, а две поменьше по бокам. И выходил Больцман.

Высокого роста, с массивной головой, увенчанной мелко вьющимися каштановыми волосами, широкоскулый, с жесткой, упрямой бородой, с глубоко спрятанными под толстыми круглыми очками глазами — смеющимися и печальными одновременно, он выходил на кафедру, сутулясь и смущаясь своей внешности, своего огромного, вечно красного носа.Он не отвечал на аплодисменты никак.

Стоял к аудитории спиной и ждал, когда в зале наступит тишина. И в этой тишине он с трудом выдавливал из себя ординарные, скучные и обязательные слова: «Итак, в прошлый раз мы остановились…» И пятнадцать минут громким голосом объяснял содержание предыдущей лекции, красивым, четким почерком выписывая на левой доске итоговые формулы.

А читал он четырехгодичный курс, охватывающий механику, гидромеханику, учение об упругости, электричество, магнетизм, кинетическую теорию газов и… философию.Покончив с прошлой лекцией, он возвращался на кафедру, снимал очки и несколько секунд стоял в молчании, склонив голову.

И вдруг в мертвой тишине раздавались слова, похожие на молитву: «Простите меня, если прежде чем приступить к чтению лекций, я буду вас просить кое-что для себя лично, что мне важнее всего, — ваше доверие, ваше расположение, вашу любовь, одним словом, самое большое, что вы способны дать, — вас самих…» И начинал читать лекцию.Его имя было окружено легендами.

Да он и сам, своей детской непосредственностью и восторженностью перед самыми прозаическими вещами, давал обильную пищу этим анекдотическим легендам. Вдруг однажды весь Грац был взбудоражен невероятной новостью: господин профессор экспериментальной физики лично купил на рынке корову и торжественно за веревку через весь городок провел ее в свою виллу.

Совет

Затем, разместив «священное животное» с подобающими почестями, профессор физики направился к профессору зоологии, у которой очень долго консультировался по процессу доения. Или вдруг рано утром зимой весь Грац сходился к катку, на котором Больцман вместе с детьми осваивал катание на коньках.Но самым неизменным увлечением профессора физики была музыка.

В Венском театре оперы за Больцманом и его семьей была постоянно закреплена ложа; а дома профессор физики ежедневно устраивал вечера камерной музыки, причем сам неизменно исполнял партию на рояле.Из работ, выполненных Больцманом в Вене, особого внимания заслуживает статья «О теории упругости при внешних воздействиях» (1874 год), где он сформулировал теорию линейной вязкоупругости.

Он описал это явление с помощью интегральных уравнений, представляющих собой важный вклад в теоретическую реологию.Увы, административная работа, которой в Вене было куда больше, чем в Граце, была для ученого тяжелым грузом. Его манила кафедра экспериментальной физики в Граце. Здесь он мог бы располагать собственной лабораторией и читать лекции по физике, а не по математике, как в Вене.

Бюрократизма в Граце было меньше. Но, кроме того, Больцман, собирался жениться. В Вене найти подходящую квартиру было очень трудно, а его будущая жена была из Граца. В 1876 году Больцман занял пост директора Физического института в Граце и оставался на этой должности четырнадцать лет.

Еще в 1871 году Больцман указал, что второй закон термодинамики может быть выведен из классической механики только с помощью теории вероятности. В 1877 году в «Венских сообщениях о физике» появилась знаменитая статья Больцмана о соотношении между энтропией и вероятностью термодинамического состояния.

Ученый показал, что энтропия термодинамического состояния пропорциональна вероятности этого состояния и, что вероятности состояний могут быть рассчитаны на основании отношения между численными характеристиками соответствующих этим состояниям распределений молекул.

То есть, если достаточно большую систему оставить без внешнего вмешательства на достаточно долгое время, то вероятность того, что мы найдем ее по истечении этого времени в равновесном состоянии, несравненно больше, чем вероятность того, что она будет в каком угодно неравновесном состоянии.Эта так называемая «аш—теорема» стала вершиной учения Больцмана о мироздании.

Формула этого начала была позднее высечена в качестве эпитафии на памятнике над его могилой. Эта формула очень схожа по своей сути с законом естественного отбора Чарльза Дарвина. Только «Аш-теорема» Больцмана показывает, как зарождается и протекает «жизнь» самой Вселенной.Немецкий физик Р.

Обратите внимание

Клаузиус, давший в 1850 году формулировку второго закона термодинамики, позднее в 1865 году, введший понятие энтропии, одно время был весьма популярной фигурой. Выводы, сделанные им из второго начала о неизбежности тепловой смерти, были взяты на вооружение не только многими физиками.

Главным образом к ним обратились философы, получившие мощные, казалось, неоспоримые аргументы в пользу идеалистических концепций о начале и конце мира, в том числе и в пользу эмпириокритицизма, учения Э. Маха и «энергетического» учения В. Оствальда.Своей «аш-теоремой» неукротимый Людвиг Больцман заявил: «Тепловая смерть — блеф. Никакого конца света не предвидится. Вселенная существовала и будет существовать вечно, ибо она состоит не из наших «чувственных представлений», как полагают эмпириокритики, и не из разного рода энергий, как полагают оствальдовцы, а из атомов и молекул, и второе начало термодинамики надо применять не по отношению к какому-то «эфиру», духу или энергетической субстанции, а к конкретным атомам и молекулам».

Вокруг «аш-теоремы» Людвига Больцмана мгновенно разгорелись не меньшие по накалу дискуссии, чем по тепловой смерти. «Аш-теорема» и выдвинутая на ее основе флуктуационная гипотеза были препарированы со всей тщательностью и скрупулезностью и, как и следовало ждать, обнаружили в себе зияющие, непростительные, казалось бы, для такого великого ученого, как Больцман, изъяны.

Оказалось, что если принять за истину гипотезу Больцмана, то надо принять за веру и такое чудовищное, не укладывающееся ни в какие рамки здравого смысла допущение: рано или поздно, а точнее уже сейчас, где-то во Вселенной должны идти процессы в обратном второму началу направлении, то есть тепло должно переходить от более холодных тел к более горячим! Это ли не абсурд.Больцман этот «абсурд» отстаивал, он был глубоко убежден, что такой ход развития Вселенной наиболее естественный, ибо он является неизбежным следствием ее атомного строения.Вряд ли «аш-теорема» получила бы такую известность, если бы была выдвинута каким-нибудь другим ученым. Но ее выдвинул Больцман, умевший не только увидеть за занавесом скрытый от других мир, но умевший защищать его со всей страстью гения, вооруженного фундаментальными знаниями как физики, так и философии.Кульминацией драматических коллизий между физиком-материалистом и махистами, видимо, следует считать съезд естествоиспытателей в Любеке в 1895 году, где Людвиг Больцман своим друзьям-врагам дал генеральное сражение. Он одержал победу, но в результате после съезда ощутил еще большую пустоту вокруг себя. В 1896 году Больцман написал статью «О неизбежности атомистики в физических науках», где выдвинул математические возражения против оствальдовского энергетизма.Вплоть до 1910 года само существование атомистики все время оставалось под угрозой. Больцман боролся в одиночку и боялся, что дело всей его жизни окажется в забвении. В предисловии ко второй части своих лекций по теории газов он писал в 1898 году: «По моему мнению, большой трагедией для науки будет, если (подобно тому, как это случилось с волновой теорией света из-за авторитета Ньютона) хотя бы на время теория газов окажется позабытой из-за того враждебного отношения к ней, которое воцарилось в данный момент. Я сознаю, что сейчас являюсь единственным, кто, хотя и слабо, пытается плыть против течения. И, тем не менее, я могу способствовать тому, чтобы, когда теория газов снова будет возвращена к жизни, не пришлось делать слишком много повторных открытий».

В 1890 году Больцман принял предложение занять кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете и мог, наконец, заняться преподаванием своего любимого предмета. В течение того времени, что он преподавал здесь экспериментальную физику, он использовал для иллюстрации теоретических концепций наиболее наглядные механические модели. Множество студентов со всех концов мира приезжали в Мюнхен, чтобы пройти курс обучения под руководством Больцмана.

Единственная слабость его позиции заключалась в том, что баварское правительство в то время не выплачивало пенсии университетским профессорам; между тем у Больцмана все более ухудшалось зрение, и его беспокоило будущее семьи.

Своими блестящими, отнюдь не корректными, как это было принято в те время, выступлениями в научных дискуссиях Больцман быстро приобрел репутацию человека с беспокойным, трудным характером; он не умел быть снисходительным даже к друзьям, когда видел их заблуждения, хотя и страдал от своей резкости. В науке для Больцмана компромиссов не существовало.

И если у него отнимали возможность честной борьбы, он без сожалений расставался с самыми почетными должностями. Из Мюнхена Больцман возвращается в Венский университет, а через несколько лет переезжает в Лейпциг. Осенью 1902 года Больцман вернулся Вену. И везде, во всех университетах он вел изматывающую борьбу за материалистическую физику, за атомистику.

Это была, особенно в последний период его жизни, по сути дела, борьба ученого-одиночки с крупнейшими физиками того времени, главами самых влиятельных научных школ.

В феврале 1904 года жена писала дочери Иде, которая оставалась в Лейпциге и заканчивала там гимназию: «Отцу все хуже с каждым днем. Я потеряла веру в будущее. Я надеялась, в Вене наша жизнь будет лучше». Здоровье Больцмана страдало от постоянных споров с противниками.

Зрение его ухудшилось до такой степени, что ему трудно стало читать; пришлось нанять сотрудницу, которая читала ему научные статьи; жена готовила его рукописи к печати.Его слабое здоровье не могло в течение долгого времени выдерживать такую огромную преподавательскую нагрузку, которая сочеталась с научной работой.

Важно

Даже отдых в Дуино, под Триестом, не принес ему облегчения в его мучительном заболевании. Больцман впал в глубокую депрессию и 5 сентября 1906 года покончил самоубийством.Весьма прискорбно, что он не дожил до воскрешения атомизма и умер с мыслью, что о кинетической теории все забыли.

Читайте также:  Технологическая схема производства: полная и принципиальная

Однако многие идеи Больцмана уже нашли свое разрешение в таких поразительных открытиях, как ультрамикроскоп, эффект Доплера, газотурбинные двигатели, освобождение энергии атомного ядра. Но это все частности в той картине мира, которую видел и описывал Больцман, отдельные следствия атомного строения мира.

Еще в статье 1872 года Больцман ввел представление о дискретных уровнях энергии, благодаря чему был открыт путь к созданию квантовой механики. Однако еще более важную роль в становлении современной физики сыграл его статистический метод.

Как бы в предчувствии статистической интерпретации квантовой механики он писал в 1898 году в своих лекциях по теории газов: «Мне еще надо упомянуть возможное, что фундаментальные уравнения движения отдельных молекул окажутся всего лишь приблизительными формулами, дающими средние значения… и получаемыми только в результате длительных серий наблюдений на основе теории вероятностей».

Много раз его искренность сталкивалась с вероломством, но Больцман, тем не менее, до конца жизни сохранил веру в дружбу и любовь. Стихи и музыка были для него своего рода теми кирпичиками в единой теории мироздания, куда входили и законы физики, и учение Дарвина, которого Больцман боготворил, и любимая им философия.

«Судьбу Людвига Больцмана как одного из основоположников современной физики, — писал Э. Бода. — Можно сравнить только с судьбой великого творца множеств — Георга Кантора.

Идеи их обоих не были поняты и оценены надлежащим образом при жизни авторов, что трагически сказалось на судьбах этих гениальных людей».

Источник: http://megaznanie.ru/index.php/encyclopedia/science/5075—18441906.html

Реферат: Людвиг Эдуард Больцман

Людвиг Эдуард Больцман

{ L. Boltzmann } (20.02.1844-05.09.1906)

Людвиг Эдуард Больцман — всемирно известный австрийский физик-теоретик.

Им выведен закон распределения газовых молекул по скоростям, вошедший в историю физики как «статистика Больцмана» и положивший начало классической статистической физике. Вывел основное кинетическое уравнение для идеального газа — фундамент физической кинетики.

Это уравнение позволяет рассчитывать поведение системы при отклонениях от равновесного состояния.

И что особенно важно, Больцман связал энтропию физической системы с вероятностью ее состояния и сформулировал второе начало термодинамики, доказав его статистический характер, сформулировал H-теорему (H-теорема Больцмана).

Совет

Больцман, исходя из термодинамических соображений, установил пропорциональность энергии излучения абсолютно черного тела четвертой степени температуры. Этот закон ранее был получен Й. Стефаном, поэтому эта зависимость носит название закона Стефана-Больцмана. Больцман впервые применил к изучению черного тела принципы термодинамики.

Занимался экспериментальными исследованиями связи между диэлектрической постоянной и показателем преломления с целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики и оптики.

Подробная биография

Людвиг Эдуард Больцман родился 20 февраля 1844 году в Вене.

Его отец, Людвиг Георг Больцман, работал в Имперском министерстве финансов.

В 1863 году Больцман поступил в Венский университет, где изучал математику и физику.

Его первая научная работа, сделанная во время учебы, была посвящена электродинамике.

В 1866 году (ему было тогда 22 года), заканчивая Венский университет, он сделал свое первое крупное открытие: вывел закон распределения газовых молекул по скоростям, вошедший в историю физики как «статистика Больцмана» и положивший начало классической статистической физике.

Осенью того же года, за два месяца до получения докторской степени, Больцман был принят в Институт физики на должность профессора-ассистента.

В 1869 году (в 25 лет) он стал ординарным профессором математической физики в университете в Граце. Открытия Джеймса К.

Максвелла, которые тот сделал в это время, оказали огромное влияние на Людвига Больцмана, и он помимо разработки своих теоретических идей занимался и экспериментальными исследованиями связи между диэлектрической постоянной и показателем преломления с целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики и оптики. Результаты этих исследований были опубликованы в 1873-1874 годах.

Обратите внимание

В 1871 году Больцман указал, что второй закон термодинамики может быть выведен из классической механики только с помощью теории вероятности.

В 1872 году 28-летний ученый вывел основное кинетическое уравнение для идеального газа — фундамент физической кинетики. Это уравнение позволяет рассчитывать поведение системы при отклонениях от равновесного состояния.

И что особенно важно, Больцман связал энтропию физической системы с вероятностью ее состояния и сформулировал второе начало термодинамики, доказав его статистический характер. Тем самым была лишена почвы гипотеза тепловой смерти Вселенной.

Больцман сформулировал H-теорему (H-теорема Больцмана), которая вместе с его статистической интерпретацией второго начала термодинамики положена в основу теории необратимых процессов.

H-теорема Больцмана показывает как зарождается и протекает «жизнь» самой Вселенной.

Вокруг «H-теоремы» Людвига Больцмана мгновенно разгорелись не меньшие по накалу дискуссии, чем по тепловой смерти.

Важно

Оказалось, что если принять за истину гипотезу Больцмана, то надо принять за веру и такое чудовищное допущение: рано или поздно, а точнее, уже сейчас, где-то во Вселенной должны идти процессы в обратном второму началу направлении, то есть тепло должно переходить от более холодных тел к более горячим.

В 1873 году Людвиг Больцман возвращается в Вену в качестве профессора математики. Он читал четырехгодичный курс, охватывающий механику, гидромеханику, учение об упругости, электричество, магнетизм, кинетическую теорию газов и философию. В статье «О теории упругости при внешних воздействиях», опубликованной в 1874 году, Больцман сформулировал теорию линейной вязкоупругости.

Важно

В 1876 году Больцман занял пост директора Физического института в Граце и оставался на этой должности четырнадцать лет.

В 1877 году в «Венских сообщениях о физике» появилась знаменитая статья Больцмана о соотношении между энтропией и вероятностью термодинамического состояния.

Ученый показал, что энтропия термодинамического состояния пропорциональна вероятности этого состояния и что вероятности состояний могут быть рассчитаны на основании отношения между численными характеристиками соответствующих этим состояниям распределений молекул.

В 1884 году Больцман, исходя из термодинамических соображений, установил пропорциональность энергии излучения абсолютно черного тела четвертой степени температуры. Этот закон был установлен в 1879 году Й. Стефаном (закон Стефана-Больцмана). Больцман впервые применил к изучению черного тела принципы термодинамики.

Он уделял внимание и философским вопросам естествознания, выступая против «энергетиков», отстаивая атомистическую теорию, критикуя теорию познания Маха.

Вплоть до 1910 года само существование атомистики все время оставалось под угрозой. Больцман боролся в одиночку и боялся, что дело всей его жизни окажется в забвении.

В 1890 году Больцман принял предложение занять кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете и мог, наконец, заняться преподаванием своего любимого предмета.

Множество его работ было посвящено также математике, механике, оптике, гидродинамике, теории упругости, теории электромагнитного поля и т.п.

Совет

Жизнь Людвига Больцмана окончилась трагически: противники его научных и философских идей подвергли замечательного ученого таким ожесточенным нападкам, пытаясь опорочить все сделанное им, что 5 сентября 1906 года он покончил с собой.

Людвиг Больцман был членом многих академий наук, в том числе членом-корреспондентом Петербургской Академии наук (1889 год).

Источник: http://www.referatmix.ru/referats/9/referatmix_7825.htm

Больцман, Людвиг

Больцман (Boltzmann) Людвиг (1844-1906), австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899).

Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал (1872) статистическое обоснование Второе начало термодинамики.

Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана — Больцмана).

Людвиг Эдуард Больцман родился в Вене 20 февраля 1844 года Отец его, Людвиг Георг Больцман, работал в Имперском министерстве финансов. В 1863 году Больцман поступил в Венский университет, где изучал математику и физику.

Первая статья Людвига была посвящена электродинамике. Во второй своей работе, опубликованной в 1866 году в статье «О механическом значении второго начала термодинамики», где он показал, что температура соответствует средней кинетической энергии молекул газа, определились научные интересы Больцмана.

Осенью 1866 года, за два месяца до получения докторской степени, Больцман был принят в Институт физики на должность профессора-ассистента. В 1869 году он стал ординарным профессором математической физики в университете в Граце.

В этот период он помимо разработки своих теоретических идей занимался и экспериментальными исследованиями связи между диэлектрической постоянной и показателем преломления с целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики и оптики.

Результаты этих исследований были опубликованы в 1873-1874 годах.

В 1873 году Людвиг Больцман возвращается в Вену в качестве профессора математики.

Он читал четырехгодичный курс, охватывающий механику, гидромеханику, учение об упругости, электричество, магнетизм, кинетическую теорию газов и философию.

Обратите внимание

В Вене Больцман опубликовал статью «О теории упругости при внешних воздействиях» (1874), где он сформулировал теорию линейной вязкоупругости.

Важно

В 1876 году Больцман занял пост директора Физического института в Граце и оставался на этой должности четырнадцать лет.

Еще в 1871 году Больцман указал, что второй закон термодинамики может быть выведен из классической механики только с помощью теории вероятности.

В 1877 году в «Венских сообщениях о физике» появилась знаменитая статья Больцмана о соотношении между энтропией и вероятностью термодинамического состояния.

Ученый показал, что энтропия термодинамического состояния пропорциональна вероятности этого состояния и что вероятности состояний могут быть рассчитаны на основании отношения между численными характеристиками соответствующих этим состояниям распределений молекул.

Эта так называемая «аш-теорема» стала вершиной учения Больцмана о мироздании., она показывает как зарождается и протекает «жизнь» самой Вселенной.

Своей «аш-теоремой» неукротимый Людвиг Больцман заявил: «Тепловая смерть — блеф. Никакого конца света не предвидится. Вселенная существовала и будет существовать вечно, ибо она состоит из атомов и молекул, и второе начало термодинамики надо применять не по отношению к какому-то «эфиру», духу или энергетической субстанции, а к конкретным атомам и молекулам».

Вокруг «аш-теоремы» Людвига Больцмана мгновенно разгорелись не меньшие по накалу дискуссии, чем по тепловой смерти.

Важно

Оказалось, что если принять за истину гипотезу Больцмана, то надо принять за веру и такое чудовищное допущение: рано или поздно, а точнее, уже сейчас, где-то во Вселенной должны идти процессы в обратном второму началу направлении, то есть тепло должно переходить от более холодных тел к более горячим.

Читайте также:  Распоряжение мчс рф 398 от 16.10.2018 день добровольца (волонтера)

Больцман этот «абсурд» отстаивал, он был глубоко убежден, что такой ход развития Вселенной наиболее естественный, ибо он является неизбежным следствием ее атомного строения.

В 1896 году Больцман написал статью «О неизбежности атомистики в физических науках», где выдвинул математические возражения против оствальдовского энергетизма.

Вплоть до 1910 года само существование атомистики все время оставалось под угрозой. Больцман боролся в одиночку и боялся, что дело всей его жизни окажется в забвении.

В 1890 году Больцман принял предложение занять кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете и мог, наконец, заняться преподаванием своего любимого предмета.

Из Мюнхена Больцман возвращается в Венский университет, а через несколько лет переезжает в Лейпциг. Осенью 1902 года Больцман вернулся Вену.

И везде, во всех университетах он вел изматывающую борьбу за материалистическую физику, за атомистику.

Его слабое здоровье не могло в течение долгого времени выдерживать такую огромную преподавательскую нагрузку, которая сочеталась с научной работой. Больцман впал в глубокую депрессию и 5 сентября 1906 года покончил жизнь самоубийством.

Перепечатывается с сайта http://100top.ru/encyclopedia/ 

Далее читайте:

Ученые с мировым именем (биографический справочник).

Источник: http://www.hrono.ru/biograf/bio_b/bolcman.php

Биография

ПодробностиКатегория: ФизикиОпубликовано: 25.02.2016 16:41Автор: БиографПросмотров: 1737

Больцман Людвиг Родился: 20 февраля 1844 года. Умер: 20 февраля 1844 года.

Людвиг Больцман (нем. Ludwig Eduard Boltzmann, 20 февраля 1844, Вена, Австрийская империя — 5 сентября 1906, Дуино, Италия) — австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории. Член Австрийской академии наук (1895), член-корреспондент Петербургской академии наук (1899) и ряда других.

Людвиг Больцман родился в городе Вене в семье акцизного чиновника. Вскоре семья переехала в Вельс, а затем в Линц, где Больцман окончил гимназию. В 1866 он окончил Венский университет, где учился у Й. Стефана и И. Лошмидта, и защитил докторскую диссертацию. В 1867 г. стал приват-доцентом Венского университета и в течение двух лет являлся ассистентом профессора Й. Стефана.

В 1869 г. Больцман был приглашен на должность ординарного профессора математической физики в Грацском университете с обязательством читать курс «Элементы высшей математики». В 1873 г.

Совет

стал ординарным профессором математики Венского университета, сменив в этой должности своего наставника Мотта. Однако вскоре (в 1876 г.

) вернулся в Грац, где стал профессором экспериментальной физики и директором Физического института, нового учреждения, где в свое время работали В. Нернст и С. Аррениус.

Женился на Генриетте фон Айгентлер, студентке математического факультета, которая была на 10 лет младше. В доме жизнерадостного профессора устраивались музыкальные вечера, и Больцман сам садился за рояль. Любимые композиторы — Вольфганг Моцарт и Людвиг Бетховен. Пара вела светскую жизнь, часто посещала театры, организовывала пикники в окрестностях Граца.

Став известным теоретиком, Больцман в 1890 г. получил кафедру теоретической физики в Мюнхене, однако в 1895 г. вернулся в Вену в качестве преемника Й. Стефана по должности профессора теоретической физики.

Спокойно вести научную и педагогическую работу Больцману не удавалось, поскольку в это время профессором философии Венского университета был Э. Мах, который в своих лекциях отрицал атомистические представления, лежавшие в основе больцмановской теории. В 1900 г.

Больцман отправился преподавать в Лейпциг, однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда. Наконец, в 1902 г.

Больцман вновь вернулся в Вену, где занял (помимо кафедры теоретической физики) еще и освобожденную Махом кафедру натурфилософии, обеспечив себе таким образом комфортные условия для работы. Больцмана многократно приглашали читать лекции в различных университетах Европы и Америки.

К 1900 году у Больцмана развилась тяжёлая форма астмы, он переживал мучительные приступы болезни и сильно страдал от болей. Напряжённая полемика вокруг молекулярно-кинетической теории сказывалась на состоянии его нервной системы.

В 1906 году Больцман прервал лекции и отправился на лечение в итальянский город Дуино вместе с женой и дочерью. 5 сентября 1906 года Больцман покончил с собой в гостиничном номере, повесившись на оконном шнуре.

Обратите внимание

Самоубийство Больцмана связывают с депрессией, вызванной тем, что идеи развиваемой им статистической физики в то время не находили понимания в физическом сообществе.

На могильном камне Больцмана выбита установленная им формула S = k ln W (выгравировано «log» вместо «ln», т. к. второй вариант написания появился лишь за 13 лет до смерти Больцмана и не был широко употребим)

S=kln W, связывающая энтропию S термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний W. Коэффициент k=1{,}3806488(13) imes 10^{-23} Дж·К−1 носит название постоянной Больцмана.

Научная деятельность

Работы Больцмана касаются преимущественно кинетической теории газов, термодинамики и теории излучения, а также некоторых вопросов капиллярных явлений, оптики, математики, механики, теории упругости и т.д.

Перечислим основные достижения Больцмана в области статистической механики. В 1866 получил формулу для равновесного распределения по импульсам и координатам молекул идеального газа, находящегося во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана).

В 1871 году предложил эргодическую гипотезу для обоснования закономерностей статистической физики.

В 1872 году вывел основное уравнение микроскопической теории неравновесных процессов (физической кинетики), носящее его имя, а также установил так называемую H-теорему, выражающую закон возрастания энтропии для изолированной системы.

В том же году показал статистический характер второго начала термодинамики, связав энтропию замкнутой системы с числом возможных микросостояний, реализующих данное макросостояние.

Это стало указанием на несостоятельность представления о «тепловой смерти Вселенной».

Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 1884 он вывел закон для испускательной способности абсолютно черного тела с учётом пропорциональности давления равновесного излучения, предсказанного теорией Максвелла, и плотности его энергии. Этот закон был эмпирически получен Й. Стефаном в 1879 и носит название закона Стефана — Больцмана.

Важно

Экспериментальные исследования Больцмана посвящены проверке максвелловской теории электромагнетизма, измерению диэлектрических постоянных различных веществ и их связи с показателем преломления, изучению поляризации диэлектриков.

Больцман являлся активным сторонником атомистических представлений и отстаивал их в борьбе с представителями махизма и других идеалистических учений (среди них — Э. Мах и В. Оствальд).

Память

В 1964 г. Международный астрономический союз присвоил имя Больцмана кратеру на видимой стороне Луны.

Публикации

Больцман Л. Очерки по методологии физики. — М., 1929.Больцман Л. Кинетическая теория материи. — М., 1939.Больцман Л. Лекции по теории газов. — М.: Гостехиздат, 1953.Больцман Л. Статьи и речи. — М.: Наука, 1970.

Больцман Л. Избранные труды. — М.: Наука, 1984. Часть 1. Часть 2. Часть 3.

Источник: http://biography.su/fiziki/boltsman-lyudvig

Тема 13. Статистическая физика Людвиг Эдуард Больцман (1844

Тема 13. Статистическая физика Людвиг Эдуард Больцман (1844 -1906) Джеймс Клерк МАКСВЕЛЛ (1831 -1879) 1

§ 13. 1. Общие понятия • Статистическая физика изучает закономерности в макросистеме (состоящей из большого числа частиц). • Значения всех ФВ, характеризующих макросистему, испытывают случайные колебания около среднего значения (флуктуации). 2

Некоторые сведения из теории вероятности • Вероятность события характеризуется частотой его повторения: если в N случаях i-е событие происходит Ni раз, то вероятность его равна • Если событие состоит в том, что x принимает разные значения xi с разной частотой Ni, то cреднее значение х: • Вероятность совмещения двух или более событий: 3

Пусть х– некоторая характеристика частиц, общее число которых в системе – N. Пусть для d. N частиц величина х=х0+dх. Тогда вероятность d. P обнаружить такую частицу: • Функция распределения вероятностей (плотность вероятности): 4

Броуновское движение (1827) • -беспорядочное движение частиц, взвешенных в жидкости или газе. • Скорость движения растет с ростом температуры и уменьшением массы частиц. 5

§ 13. 2. Распределение Максвелла — распределение молекул газа, находящегося в равновесии, по скоростям (внешние силы отсутствуют). 1. Для проекции скорости φ(vx) vx+dvx vx 6

2. Распределение молекул по модулю cкорости d. P(υx) d. P(υy ) dυ υz d. P(υz) 4πυ2 dυ υ υy υx Пространство скоростей 7

F(υ) dυ 8

F(υ) 9

F(υ) 10

Характерные скорости • Наиболее вероятная скорость: • Средняя скорость: • Среднеквадратичная скорость: 11

Опытная проверка распределения Максвелла Опыт Штерна. 1920 г. 12

§ 12. 3. Распределение Больцмана — распределение молекул газа, находящегося в состоянии равновесия, по координатам во внешнем силовом поле. Z Условие равновесия: T=const z+dz z p+dp p F 13

Рассмотрим изотермическую атмосферу: В атмосфере Земли гравитационное разделение начинается выше 100 км (ниже атмосфера «перемешана» ) Состав атмосферы Земли: N 2 – 78%, O 2 – 21%, Ar – 1%, Z p=nk. T p=p 1 +p 2 T 2=T 1 m 1>m 2 T 2>T 1 m 1=m 2 n 02 Z CO 2 – 0, 03%. n 01 n n 02 n 01 n 14

Рассеяние земной атмосферы 15

Совет

Барометрическая формула Уменьшение давления в атмосфере с высотой Z р1< р2 р1 < р2 T 2>T 1 m 1=m 2 р01= р02 р В холодной атмосфере давление падает с высотой быстрее! 16

Бриз – это ветер у береговой линии морей и небольших озер, имеющие резкую суточную смену направлений (слой 1 -2 км). Ночной бриз: В Н тепло Конв. подъем охлажд 17

Дневной бриз: Н холод В тепло Конвективный подъем 18

О толщине атмосферы Земли При μ=29 г/моль и Т=273 К Н≈8 км – характерная высота слоя атмосферы, на котором которого давление изотермической атмосферы уменьшается в е-раз (рнижн/ рверхн=е=2, 7) 19

О массе атмосферы Земли Число молекул в вертикальном слое высотой dz и площадью основания S=1 м 2 : S dz 20

§ 13. 4. Распределение Максвелла-Больцмана 21

Распределение Гиббса • Распределение Гиббса — распределение, определяющее количество частиц в различных квантовых состояниях.

Основывается на постулатах статистики: • Все доступные микросостояния системы равновероятны. • Равновесию соответствует наиболее вероятное распределение (подсистем по состояниям).

• Вероятность пребывания подсистемы в некотором состоянии определяется только энергией состояния. 22

Распределение Гиббса Полное число частиц в системе: N 0 =ΣNi Полная энергия системы: E=ΣEi Вероятность состояния с энергией Ei : ~ Ω ~ S=k lnΩ) Число частиц в состоянии с энергией Ei : 23

Источник: http://present5.com/tema-13-statisticheskaya-fizika-lyudvig-eduard-bolcman-1844/

Ссылка на основную публикацию