William Thomson
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Sir William Thomson (1824 - 1907), mieux connu en tant que Lord Kelvin, était un physicien britannique né en Irlande.
Une des innovations de ce grand thermodynamicien, est l'invention d'un zéro absolu correspondant à l'absence absolue de chaleur et à l'absence absolue de pression d'un gaz, dont il avait remarqué les variations liées selon un rapport linéaire. Il a laissé son nom à l'échelle de température, dite absolue, ou température « thermodynamique », notée T, et mesurée en kelvins (abréviation internationale : K et non °K).
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[modifier] Échelle Kelvin des températures
Rappel de thermométrie : L'échelle ordinaire dite température Celsius est, par définition, la température absolue décalée en origine de 273,15 K :
- t = T - 273,15 K
- avec t la température en °C et T la température absolue
les intervalles de l'échelle du degré Celsius sont donc identiques à ceux du kelvin.
L'échelle Fahrenheit est une échelle anglo-saxonne affine de l'échelle Celsius :
- t' = 32 + 1,8 t
- avec t la température en °C et t' la température en °F.
L'inverse de la température est un paramètre qui intervient souvent dans les formules. Les physiciens utilisent donc parfois le paramètre
- β = 1/(kB·T)
- où kB est la constante de Boltzmann.
Chaque échelle présente son avantage, et c'est pourquoi leurs existences subsistent.
[modifier] Second principe de la thermodynamique
Le second principe de la thermodynamique, énoncé dit de Thomson, est :
- Soit un cycle monotherme. Il ne peut être moteur.
Cela interdisait l'hypothèse des moteurs perpétuels de deuxième espèce, dont l'image classique présentée aux étudiants est la suivante : la mer à 15°C est un réservoir potentiel d'énergie fantastique, si on pouvait en tirer un travail : un navire avancerait ainsi, laissant derrière lui un sillage d'eau plus froide. Mais cela est interdit en vertu de ce deuxième principe.
Ses études de la conduction thermique lui firent trouver un temps de refroidissement de la Terre, extraordinairement court, qui, sans conforter les études bibliques, était néanmoins incompatible avec les travaux de Charles Lyell (1797-1875), fondateur des « couches géologiques ». De ce fait, il fut mal considéré par les pro-Darwiniens. Il fallut la découverte de l'énergie radioactive pour résoudre le paradoxe.
[modifier] Électricité
Grand électricien, ces mêmes études lui permirent d'étudier la conduction électrique des câbles sous-marins : il est promoteur de la grande construction du premier câble transatlantique. Par contre, il se heurta aux études de Maxwell sur l'éther : il se refusait à l'idée d'une propagation « transverse », sans propagation « longitudinale », dans ce milieu. Son étude de l'influence de la température sur la conduction électrique lui permit également de découvrir l'effet Thomson, ainsi que la relation entre l'effet Peltier et l'effet Seebeck, à la base de la thermoélectricité.
Il est également l'inventeur d'un mécanisme simple et bon marché de production d'électricité statique par influence, nommé le Replenisher (schéma de principe du replenisher).
[modifier] Mécanique
Grand mécanicien, on retrouve sa trace dans nombre de théorèmes dits de Thomson, où la formule de Stokes intervient. Ses mémoires contribueront beaucoup à l'épuration de la théorie des vortex, dont sortira, comme un joyau, l'analyse vectorielle de Gibbs (1839-1903) : les vecteurs sont si familiers de nos jours que cela est un peu occulté.
Grand atomiste, il eut une vision originale de la théorie des atomes à base de nœuds, vortex et quaternions, théorie tout à fait remarquable, mais sans issue.
Il fut lauréat de la Royal Medal en 1856, de la médaille Copley en 1883 et président de la Royal Society de 1890 à 1895.
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