Las actividades científicas en Kelvin son diversas. Sus principales contribuciones a la física fueron el electromagnetismo y la termodinámica. En aquella época el electromagnetismo apenas comenzaba a desarrollarse. Cuando se aplicó gradualmente a la industria, surgió la ingeniería eléctrica y Kelvin hizo importantes contribuciones a las aplicaciones de ingeniería. En el caso de la termodinámica, hubo industria antes que teoría. Desde el siglo XVIII hasta principios del XIX, las máquinas de vapor se utilizaron ampliamente en la industria. Sin embargo, la termodinámica no se desarrolló hasta mediados del siglo XIX. Kelvin fue uno de los principales fundadores de la termodinámica. Ahora bien, este artículo describe brevemente los principales aportes de Kelvin a la ciencia desde seis aspectos. La escala de temperatura termodinámica absoluta propuesta por Kelvin en 1848 y revisada en 1854 es la escala de temperatura estándar actual en la ciencia, 5438+0954 Hace poco más de 100 años, Kelvin fue uno de los dos principales fundadores de la segunda ley de la termodinámica (el otro. era r. Clausio). Su afirmación sobre la segunda ley es que es imposible partir de una única fuente de calor.
Tomar calor y convertirlo en trabajo útil sin ninguna otra influencia se reconoce como la formulación estándar de la segunda ley de la termodinámica (1851). Kelvin afirmó a partir de la segunda ley de la termodinámica que la disipación de energía es una tendencia universal.
Hay otras dos cosas que conviene mencionar en termodinámica. Una cosa es que Kelvin predijo teóricamente un nuevo efecto termoeléctrico, más tarde conocido como efecto Thomson, que es el efecto del conductor que absorbe calor cuando la corriente pasa a través de un conductor con temperatura desigual. Otra cosa es el experimento del tapón poroso de Kelvin utilizando J.P. Joule para estudiar el cambio de temperatura del gas después de pasar a través del tapón poroso con el fin de estudiar teóricamente la diferencia entre los gases reales y los gases ideales. En la práctica, más tarde se convirtió en un método importante para la fabricación de aire líquido en la industria (ver efecto Joule-Thomson). Para poder instalar con éxito el cable submarino, Kelvin dedicó grandes esfuerzos al estudio de la instrumentación eléctrica. Por ejemplo, el galvanómetro de espejo que inventó puede mejorar la sensibilidad de la medición del instrumento. Los registradores de sifón podrían registrar automáticamente señales de telégrafo. La principal contribución de Kelvin a los instrumentos eléctricos fue establecer un estándar unitario preciso para cantidades electromagnéticas y diseñar varios instrumentos de medición de precisión, incluidos los electrómetros absolutos. Puente Kelvin, galvanómetro entre anillos, etc. Siguiendo su consejo, la Asociación Científica Británica estableció el Comité de Normas Eléctricas en 1861, que sentó las bases para las normas de unidades eléctricas modernas. En el trabajo de mejora de instrumentos eléctricos, involucró a estudiantes universitarios como pasantías experimentales. De esta manera compaginó en cierta medida la docencia, la investigación científica y la industria. Kelvin está enseñando.
Kelvin también mejoró la brújula de navegación y los instrumentos para medir la profundidad del fondo marino. En 1870 compró una lancha rápida de 126 toneladas, que utilizaba a menudo para navegar. Durante el viaje prestó mucha atención a la situación actual y a la naturaleza de las mareas, lo que impulsó sus investigaciones teóricas en este campo. Inventó los instrumentos para medir las mareas, el analizador de mareas y el pronosticador de mareas. Había estudiado el uso de giroscopios para señalar en la navegación, pero el efecto no era obvio. Las brújulas magnéticas todavía se utilizan hoy en día, pero la aplicación de los giroscopios en la navegación llegó mucho más tarde. Kelvin hizo muchas contribuciones teóricas sobre las olas y los remolinos, muchas de ellas inspiradas por sus observaciones en lanchas rápidas. Uno de los objetivos de sus investigaciones en este campo, incluido el estudio de los sólidos elásticos, fue el desarrollo de la navegación. Otro propósito fue desarrollar su visión mecánica de todo en el mundo. A través de esta investigación, intentó basar la teoría completa de los fenómenos electromagnéticos y luminosos en el esqueleto de la mecánica clásica newtoniana. Por lo tanto, estaba muy interesado en la teoría del éter y estudió el éter imaginario como una sustancia real. El fracaso de esta perspectiva mecánica para explicar completamente los fenómenos electromagnéticos y el fenómeno de la luz como alguna forma de movimiento en el éter lo llevó a decir cosas como las nubes oscuras del siglo XIX. Esto fue lo que dijo en un discurso de 1900 titulado "Las nubes oscuras del siglo XIX cubiertas por el dinamismo fototérmico".
Dijo que hay dos nubes oscuras, una es la dificultad de la teoría del éter y la otra es el intercambio de energía.
También se dio cuenta de que el éter es sólo la imaginación subjetiva humana. Dijo en 1890: Creo que ahora debemos sentir que la combinación de éter, electricidad y objetos pesados es simplemente el resultado de nuestra falta de conocimiento y capacidad para pensar más allá de los límites actuales de la física, y no una realidad de la naturaleza. Kelvin estima la tasa de disipación de calor del suelo. Sin otras fuentes de calor, la Tierra no podría haber tardado más de 100 millones de años en alcanzar su estado actual desde un estado líquido. Este tiempo es mucho más corto de lo que estimaban los geólogos y biólogos. Kelvin mantuvo largas discusiones con geólogos y biólogos sobre la edad de la Tierra. Los geólogos creían que la edad estimada por Kelvin era demasiado corta teniendo en cuenta la edad de formación de las rocas y la historia del desarrollo de la vida, pero él no pudo refutar su teoría. Posteriormente, en 1896 se descubrieron sustancias radiactivas y aparecieron las calientes.
Como se puede ver en la introducción anterior, una característica importante del trabajo científico de Kelvin es la aplicación de la teoría a la ingeniería. Kelvin era rico en ideas y fuerte en matemáticas, y abrió muchos caminos nuevos en todos los aspectos de la física. Gozaba de una gran reputación en la comunidad científica de la época y era muy respetado por los científicos británicos, europeos y estadounidenses. Sus opiniones científicas pueden citarse de su conferencia sobre electricidad atmosférica en la Royal Institution de Londres en mayo de 1860.
Una pregunta que se hace a menudo es: ¿la gente sólo se preocupa por los hechos y los fenómenos, pero renuncia a explorar la naturaleza última de la materia escondida detrás de los fenómenos? Ésta es una pregunta que los filósofos puros deben responder y no entra dentro del ámbito de la filosofía natural. Pero en los últimos años, el mundo ha sido testigo de una serie de descubrimientos sorprendentes, realizados como resultado de experimentos en esta sala, sin precedentes en la historia de la ciencia experimental. Estos descubrimientos llevarán inevitablemente la comprensión de la gente a ese nivel. Hará que las leyes del mundo inanimado muestren que cada fenómeno está esencialmente conectado con todos los fenómenos, y la unidad lograda por las infinitas y diversas aplicaciones de las leyes será considerada como producto de la inteligencia creativa.
Este pasaje expresa los ideales de Kelvin. Imaginó una teoría perfectamente unificada que podría abarcar todos los fenómenos del mundo. Su voluntad es fuerte. El prefacio de sus Conferencias de Baltimore, publicadas en 1904, contiene estas palabras sobre cómo afrontar las dificultades:
Todos sentimos que las dificultades deben afrontarse de frente y que no se pueden evitar; debemos tenerlas en cuenta y tener esperanza; para resolverlos. Pase lo que pase, toda dificultad debe tener una solución, aunque no la encontremos durante nuestra vida. Mientras estudiaba los rayos de canal (un flujo de partículas cargadas positivamente que pasan a través de un orificio anódico), invirtió el método de espectrometría de masas. Su método fue mejorado y perfeccionado por su colega F. W. Aston (1877 ~ 1945) y desarrollado hasta convertirse en el espectrómetro de masas actual. En su investigación sobre los rayos de canal, señaló por primera vez que los elementos ordinarios pueden tener isótopos basándose en fenómenos experimentales. Este hecho quedó establecido en 1913 con la primera separación física exitosa de isótopos de elementos estables. También es uno de los fundadores de la teoría clásica de la electrónica de metales.
Además, Tang Musun también es profesor en el Laboratorio Cavendish, lo que crea un completo sistema de formación de posgrado y cultiva un buen ambiente académico. Prestó igual atención a la teoría y a la experimentación, defendió especialmente los instrumentos de fabricación propia y fue bueno para captar puntos clave y realizar análisis teóricos precisos. Su erudición, agilidad, intuición científica, imaginación y creatividad llevaron a un gran número de estudiosos a avanzar a la vanguardia de la ciencia, convirtiendo al Laboratorio Cavendish en uno de los centros de investigación en física de vanguardia a nivel internacional. Siete de sus alumnos han ganado premios Nobel y 27 son miembros de la Royal Society. También trabajó duro para promover mejoras en la enseñanza de la física en universidades y escuelas secundarias y escribió varios libros de texto excelentes. El Reino Unido pudo mantener una importante posición de liderazgo en el campo de la física atómica en los primeros 30 años del siglo XX. La sólida orientación y la excelente capacidad docente de Tomson desempeñaron un papel considerable.