Narození |
25. března 1865 Mulhouse ( Francie ) |
---|---|
Smrt |
24. října 1940 Lyon ( Francie ) |
Státní příslušnost | francouzština |
Oblasti | Fyzika , magnetismus |
Instituce |
University of Rennes University of Lyon Federal Polytechnic School of Zurich University of Strasbourg |
Diplom |
Strojní inženýr EPFZ Agrégé ve fyzikálních vědách École normale supérieure (Paříž) Doktor fyzikálních věd Univerzita v Paříži |
Studenti PhD | Louis Néel |
Známý pro | Studie o feromagnetismu, Weissova doména , Curie- Weissův zákon , Weissův magneton, teorie molekulárního pole, magnetokalorický efekt |
Pierre Ernest Weiss , narozen dne25. března 1865v Mulhouse ( Haut-Rhin ) a zemřel dne24. října 1940v Lyonu je francouzský fyzik specializující se na magnetismus , to znamená mechanismy, které způsobují magnetizaci materiálů. Hledal zejména to, aby věděl, proč a jak může látka jako železo silně a trvale magnetizovat, zatímco většina ostatních materiálů zůstává inertních nebo slabě a přechodně magnetizuje, když jsou umístěny v přítomnosti magnetického pole.
Pierre Weiss učinil důležité teoretické objevy, díky nimž vynalezl velmi silné elektromagnety . Učil v Rennes v Lyonu na Švýcarském federálním technologickém institutu v Curychu, kde byl studentem, a nakonec ve Štrasburku . Na těchto univerzitách založil laboratoře proslulé svým výzkumem a výzkumníky, kteří zde trénovali.
Pierre Weiss se narodil v Mulhouse 25. března 1865, nejstarší syn Emile Weissa, spinningového režiséra a Idy Schlumbergerové. Bylo mu 5, když se Alsasko stalo Němcem. Vystudoval střední školu v Mulhouse. Poté odešel na vyšší studia na Švýcarský federální technologický institut v Curychu , kde v roce 1887 získal diplom strojního inženýra a první místo v klasifikaci jeho povýšení. Až dospěje, zvolí si francouzskou národnost. V roce 1887 se připravoval na Lycée Saint Louis v Paříži na přijímací zkoušky na École normale supérieure, kde byl přijat v roce 1888. Současně se studiem na ENS se připravoval na průkazy fyzikálních věd a přírodních věd matematika na pařížské Přírodovědecké fakultě . Agregaci ve fyzikálních vědách získal v roce 1893. Zůstal na ENS jako spolupracovník-zpracovatel a připravoval disertační práci. Během tohoto pařížského období se spřátelil s některými ze svých kamarádů, z nichž se stali slavní matematici, Elie Cartan , Henri Lebesgue a Emile Borel , a slavní fyzici Aimé Cotton , Jean Perrin a Paul Langevin .
V roce 1895 byl jmenován docentem na Přírodovědecké fakultě univerzity v Rennes . V roce 1896 obhájil před Přírodovědeckou fakultou pařížské univerzity disertační práci z fyzikálních věd na téma „Výzkum magnetizace krystalizovaného magnetitu a některých slitin železa a antimonu“ . Porotě předsedá Charles Friedel a její členy jsou Edmond Bouty a Henri Pellat .
V říjnu 1896 se Pierre Weiss oženil v Paříži s Jane Rancès. Jejich dcera Nicole se provdá za francouzského matematika Henriho Cartana .
V této době vypukla aféra Dreyfus . Podle svědectví jeho potomků, které shromáždil Nicolas Ballet, se Pierre Weiss přidává k intelektuálům, kteří brání Alfreda Dreyfuse , Alsasca narozeného v Mulhouse a polytechnika jako on. Tento postoj mu vynesl nepřátelství, které bylo obtížné udržet ze strany jeho kolegů a studentů na univerzitě v Rennes. Přijal proto s úlevou místo lektora, které mu v roce 1899 nabídla Lyonská univerzita .
Zatímco v Lyonu neměl Pierre Weiss žádnou perspektivu stát se profesorem, Švýcarský federální technologický institut v Curychu mu v roce 1902 nabídl místo profesora fyziky a ředitele Fyzikálního ústavu, což přijal. V roce 1907 vydal práci, která ho proslavila povahou feromagnetismu a jeho konceptem molekulárního pole. Během této doby se setkal s Albertem Einsteinem a Peterem Debye , profesory na univerzitě v Curychu. Během první světové války se vrátil do Francie. Byl přidělen k Úřadu vynálezů na dva roky. Pracoval s Aimé Cotton na vývoji systému pro lokalizaci dělostřeleckých pozic pomocí zvuku, metodou Cotton-Weiss.
V roce 1919 ukončila činnost Kaiser-Wilhelms-Universität de Strasbourg. V rámci II e Reich, univerzita získala značné prostředky, ale po válce, situace není geniální. Weiss je součástí komise odpovědné za hodnocení práce nezbytné k opětovné integraci univerzity ve Štrasburku do francouzské univerzity. Prezident republiky Raymond Poincaré prohlašuje, že „univerzita ve Štrasburku musí být po vítězství Francie prosperující a prosperující, než byla pod německou nadvládou“ . Kromě tradičních fakult tak vznikly specializované ústavy na podporu výzkumu. Právě v této souvislosti se Pierre Weiss stal profesorem fyziky na univerzitě ve Štrasburku a ředitelem Fyzikálního ústavu. Obnovuje ve Štrasburku institut věnovaný výzkumu magnetismu, podobný tomu, který vytvořil v Curychu. Získal pozice, aby kolem sebe shromáždil většinu svých zaměstnanců z Curychu, Gabriela Foëxe, Roberta Forrera a Edmonda Bauera . Vdovec v roce 1919, Pierre Weiss se znovu oženil v roce 1922 s fyzikem Marthe Kleinem (1885-1953). V roce 1926 byl Pierre Weiss zvolen do Pařížské akademie věd. Při této příležitosti vydává tituly a díla.
Podle Francise Perrina , syna jeho přítele Jeana Perrina, „Pierre Weiss byl hubený a poměrně vysoký. Byl to význačný muž, mimořádně zdvořilý, který nosil sponu na nos a zlomený límec, který mu dodával elegantní nádech. Když byl ještě mladý, jeho vlasy a hustý knír zbělely. "
Louis Néel , mladý spolupracovník, který vystudoval Ecole Normale Supérieure, přijel do své laboratoře připravit svoji diplomovou práci v roce 1928. Jeho asistentem se stal v roce 1932 a vystřídal jej na katedře fyziky na univerzitě ve Štrasburku v roce 1937. Louis Néel svědčil o toto období:
"Pierre Weiss měl k Jeanovi Perrinovi velmi blízký vztah a právě Caisse nationale des sciences, které měli na starosti, mi poskytli grant v roce 1931 nebo v roce 1932. Byl také velmi 'Front populaire' a předváděl se v Paříži s zvednutá pěst. Ve Štrasburku, kde byla populace spíše konzervativní, však bylo velmi odsuzováno. Pamatuji si, že když jsem musel evakuovat zařízení z Přírodovědecké fakulty [v roce 1939], zařízení vážící dvě nebo tři tuny, kontaktoval jsem dílny alsaské mechanické stavební firmy v Graffenstadenu. Chtěl jsem je požádat o manipulační personál, ale byl jsem laskavě odvrácen: „Laboratoř Pierra Weissa? Lidová fronta? a poslali mě na procházku. "V roce 1939 nesledoval přesun z univerzity ve Štrasburku do Clermont-Ferrand, ale následoval svého přítele Jeana Perrina do Lyonu, kde v roce 1940 zemřel.
Pierre Weiss se zajímá o magnetické vlastnosti hmoty v přítomnosti vnějšího magnetického pole. Jeho výzkum je součástí dlouhé řady děl iniciovaných Michaelem Faradayem v roce 1845 a pokračujících André-Marie Ampèrem , Jamesem Clerkem Maxwellem , Jamesem Ewingem , Pierrem Curiem a Paulem Langevinem . Tyto práce jsou vyvíjeny v rámci klasické fyziky doplněné statistickou termodynamikou Ludwiga Boltzmanna . Pierre Weiss převezme práci Curieho a Langevina. Položí základy teorie feromagnetismu, kterou následně v roce 1929 Werner Heisenberg a Niels Bohr reinterpretují v rámci kvantové mechaniky. A byl to Louis Néel , student Pierra Weissa, který pokračoval v tomto výzkumu, za který v roce 1970 získal Nobelovu cenu za fyziku .
Michael FaradayOd starověku je známo, že určité minerály jako magnetit přitahují železné předměty a dokonce jim dodávají permanentní magnetizaci. Tyto materiály se nazývají feromagnetické . Faraday si všimne, že když umístí železnou tyč mezi póly magnetu, tyč se zarovná s čarami magnetického pole, zatímco když umístí skleněnou tyč, tyč zaujme polohu kolmou k čarám pole. Domnívá se, že pod vlivem vnějšího magnetického pole získávají materiály magnetizaci. Pokud je tato magnetizace ve stejném směru jako pole, pojmenuje paramagnetický materiál . Pokud je indukovaná magnetizace v opačném směru než aplikované pole, pojmenuje diamagnetický materiál .
Pierre CuriePierre Curie ve své práci publikované v roce 1895 ukazuje, že indukovaná magnetizace je úměrná vnějšímu magnetickému poli:
přičemž magnetizace, magnetická susceptibilita a vnější magnetické pole. Faktor je pozitivní v paramagnetických materiálech ( je ve směru ) a negativní v diamagnetických materiálech ( je v opačném směru ).
Curie také zjistil, že magnetizace diamagnetických materiálů je nezávislá na teplotě, zatímco magnetizace paramagnetiky klesá, když teplota stoupá:
nebo ( Curieův zákon )je koeficient Curie a teplota v Kelvinech. Také zjišťuje, že za určitou teplotou specifickou pro každý materiál ( Curieova teplota ) již není možná žádná magnetizace ve směru pole. Paramagnetici se stávají diamagnetickými.
Pierre Curie rozlišuje mezi paramagnetiky železné materiály, které magnetizují mnohem více než ostatní. Tyto materiály nazývá „feromagnetické“. Nemůže najít vysvětlení, které odpovídá jejich magnetické susceptibilitě tisíckrát vyšší než u běžné paramagnetiky. Byl to Pierre Weiss, který tomu věnoval svůj výzkum a objevil původ magnetického chování těchto materiálů.
První výzkum Pierre WeissPrvní díla Pierra Weissa jsou současná s díly Pierra Curieho. Přestože byl Pierre Curie starší, obhájil svou fyzikální práci pouze v roce 1895, ve věku 37 let, a Pierre Weiss obhájil svou v roce 1896 ve věku 31 let. Pierre Weiss ve své diplomové práci studuje vlastnosti magnetitu (Fe 3 O 4 ). Všiml si, že magnetizace izolovaného krystalu závisí na jeho orientaci vzhledem k magnetickému poli: magnetitový krystal, i když má kubickou mřížku, není izotropní vzhledem k magnetickému poli.
Weiss později zjistil, že pyrhotit , sirník železa, který krystaluje v prizmatickém monoklinickém systému , magnetizuje pouze v rovině kolmé k hlavní ose krystalu. Poté zjistí, že v této rovině existuje snadný směr magnetizace, podle kterého je dosažena saturace (maximální magnetizace) s relativně slabým vnějším magnetickým polem, a obtížný směr magnetizace, podle kterého je magnetizace možná, ale saturace vyžaduje externí pole 1000krát intenzivnější.
Paul LangevinPaul Langevin byl o sedm let mladší než Pierre Weiss, jehož byl studentem na ENS. V roce 1905 vysvětlil teorii o původu magnetizace para- a diamagnetiky. Přijímá myšlenku, kterou předložili Ampère a Weber : magnetizace je výsledkem existence elektrických mikroobvodů, které vytvářejí mikroskopické magnety v materiálech. Navrhuje, aby mikroobvody byly tvořeny elektrony rotujícími v uzavřených drahách uvnitř „molekul“ hmoty. Atomovou teorii jádra obklopeného elektrony formuloval až v roce 1913 Niels Bohr . Pokud jsou tyto mikro-magnety orientovány náhodně, makroskopicky, materiál není magnetizován. Pokud jsou mikromagnetky umístěny v externím magnetickém poli, orientují se buď podle směru a směru magnetického pole (paramagnetické), nebo ve směru, ale v opačném směru pole (diamagnetické). Když vnější pole ustane, atomy obnoví svou náhodnou orientaci, materiál nezachová žádnou magnetizaci. Langevin ve své teorii výslovně předpokládá, že se elementární mikro-magnety orientují podle vnějšího magnetického pole, ale nemají na sebe žádný vliv.
Interpretovat Curie zákon, Langevin toho názoru, že všechny magnetické prvky paramagnetického střední chovají podle statistické termodynamiky z Ludwig Boltzmann . Jak se teplota zvyšuje, zvyšuje se tepelné míchání. Tepelná energie je proti vyrovnání mikro-magnetů. Při Curieově teplotě tepelná energie převyšuje magnetickou energii vyrovnání mikro-magnetů. Už neexistuje žádná magnetizace.
Weissovy doményV roce 1906 se Pierre Weiss ujal konceptů Paula Langevina a aplikoval je na feromagnetické materiály. Na rozdíl od Langevina bere v úvahu vzájemný vliv magnetizace mikro-magnetů. Předpokládá, že tyto materiály jsou tvořeny malými doménami, Weissovými doménami , kde je mnoho mikro magnetů orientováno stejným směrem. Různé vedle sebe umístěné domény mají magnetizace, jejichž orientace je buď náhodná, nebo víceméně orientovaná privilegovaným směrem v nepřítomnosti vnějšího pole, což vysvětluje, proč se tyto materiály mohou jevit jako permanentní magnety. Když je feromagnetický předmět, jako například magnetit, umístěn do silného magnetického pole, zachovává si významnou magnetizaci, když se vzdaluje od vnějšího pole. Pierre Weiss vysvětluje toto chování skutečností, že každá doména je obklopena jinými doménami, jejichž magnetické pole přispívá k udržení orientace její magnetizace: existuje stabilizační účinek okolního pole, které nazývá střední pole nebo molekulární pole, co Anglosasští fyzici budou nazývat teorii průměrného pole nebo Weissovu teorii středního pole . Tato teorie umožňuje vysvětlit vlastnosti feromagnetických materiálů. Převezmou ji Niels Bohr a Werner Heisenberg, kteří jí poskytnou kvantovou formulaci.
Weiss MagnetonPierre Weissovi bylo 32 let v roce 1897, kdy JJ Thomson oznámil objev elektronu, částice nesoucí elementární záporný elektrický náboj. Je proto logické, že poté, co Pierre Weiss uvedl svou teorii feromagnetismu, založenou na existenci elementárních mikro-magnetů organizovaných v doménách, vypočítá hodnotu magnetizace (magnetického momentu) elementu mikromagnetu, magnetonu . Tuto hodnotu se pokouší odvodit z měření saturační magnetizace různých kovů a feromagnetických solí. Weiss publikuje několik hodnot. Tento přístup vzbuzuje zájem a skepsi fyziků zběhlých v kvantové teorii. Zájem, protože cíl definovat magneton je zásadní. Skepticismus, protože teorii magnetonu lze stanovit pouze v rámci kvantové mechaniky. Takto Weissův magneton ustupuje Bohrovu magnetonu , který jednoduše a priori definoval Wolfgang Pauli v roce 1920:
je základní náboj , je redukovaná Planckova konstanta , je hmotnost elektronu . Weiss-Curieův zákonPierre Weiss poznamenává, že snížení magnetizace při zvýšení teploty se řídí Curieho zákonem pouze v určitých konkrétních případech. Zjistil, že v obecném případě je magnetická susceptibilita snížení je úměrné, není teplota, ale rozdíl mezi teplotou, při konstantní teplotě T C . Toto je zákon Curie-Weiss .
Pro feromagnetické materiály, vysoké magnetizace zmizí nad T C . Pod touto teplotou si materiály zachovávají permanentní magnetizaci.
Když Pierre Weiss znovu navštívil Curieho zákon, objevil opačný jev: magnetizace materiálu způsobí tepelný efekt, který nazývá magnetokalorický efekt .
Pierre Weiss je inženýr. Během své kariéry navrhuje, vyrábí nebo stavěl měřicí nebo experimentální zařízení pro vybavení svých laboratoří. Zejména hledá nejvhodnější kovové slitiny pro výrobu permanentních magnetů nebo jader a pólů elektromagnetů. Weissovy elektromagnety měly v Evropě velkou slávu a velký úspěch.
Pierre Weiss od svého prvního výzkumu na ENS zkoumal magnetizaci různých materiálů, prvků a kovových slitin. Jeho práce prezentuje výsledky magnetizace „některých slitin železa a antimonu“. Na univerzitě v Rennes nechal postavit elektromagnety od společnosti Jules Carpentier. Tyto elektromagnety mají velký národní i mezinárodní obchodní úspěch.
Pierre Weiss v Curychu staví nejvýkonnější elektromagnety na světě. K rozptýlení tepla produkovaného elektrickým proudem, který je napájí, používá jako vinutí měděné trubky, ve kterých cirkuluje vodu. Podílí se s Aimé Cotton na projektu výstavby velkého elektromagnetu v Bellevue.
Ve Štrasburku se zajímá o kovové slitiny, které vyrábí s velkou přesností ve dvou místnostech vybavených pecemi. Má všechny techniky potřebné k měření jeho složení. Dokáže určit její strukturu pomocí rentgenového přístroje. Má také veškeré vybavení pro studium variací magnetických vlastností materiálů od teploty kapalného vodíku do 1000 ° C.
Pierre Weiss byl jmenován profesorem fyziky na EPFZ v roce 1902. Vytvořil a 15 let vyvíjel laboratoř věnovanou studiu magnetismu. Vybavuje svou laboratoř všemi potřebnými zařízeními, některými vyrobenými podle jeho plánů, elektromagnety, akumulátory, měřicí přístroje ... Postupně sdružuje velký tým profesorů a studentů ze Švýcarska, Francie a dalších Evropanů. Jak uvedl jeho spolupracovník Gabriel Foëx:
Trénoval je „„ jeho velmi osobním myšlením, životem, který dal laboratoři “. Věděl, jak zatraktivnit práci každého, ukázat hodnotu dosažených výsledků, představit nové problémy, napravit chyby, aniž by vnucoval svůj názor. Zanechal každému svou originalitu a budil v něm dojem, že buduje osobní dílo. S taktem a širokým porozuměním zajistil materiální situace a připravil budoucnost těch, kteří si to zasloužili. "Louis Néel říká:
"V roce 1932 jsem nastoupil jako asistent Pierra Weissa ve Štrasburku [...] Pierre Weiss byl již velmi dobře známý v zahraničí, což bylo výjimečné v té době, kdy francouzské univerzity neměly téměř žádné vztahy se svými zahraničními protějšky." Byl to specialista na feromagnetismus, který měl hluboké znalosti prostředí německých fyziků, A. Einstein, W. Pauli atd. a byl profesorem na Polytechniku a ředitelem laboratoře v Curychu. Často jsem ho doprovázel do zahraničí. Uspořádali bychom konference ve Švýcarsku a jinde, ve skutečnosti nebyl tento druh praxe v té době běžný. První skutečně mezinárodní kongres, na kterém se sešli nejlepší magnetici z Evropy a dokonce i ze Spojených států, se konal ve Štrasburku v roce 1939. “Jeho žáky jsou Blas Cabrera a Auguste Picard . Ve své laboratoři přicházejí pracovat renomovaní fyzici jako Paul Ehrenfest a Robert William Wood . Pierre Weiss zůstal v laboratoři Heike Kamerlingh Onnes v Leydenu v roce 1910, aby pracoval na nízkoteplotním magnetismu.
Zúčastnil se schůzí kongresu Solvay v letech 1913, 1921 a 1930. Zasedání v roce 1930 věnované magnetismu poskytlo práci jeho laboratoře velké místo.
Pierre Weiss uspořádal ve Štrasburku ve dnech 21. až 25. května 1939 první mezinárodní konferenci o magnetismu. Zúčastňují se ho fyzici z celého světa. To byla apoteóza jeho kariéry a jeho štrasburské laboratoře, protože o několik měsíců později se laboratoř přestěhovala do Clermont-Ferrand a Pierre Weiss se uchýlil do Lyonu, kde v následujícím roce zemřel na rakovinu.
Níže uvedený seznam vybral Francis Perrin