Narození |
5. července 1820 Edinburgh |
---|---|
Smrt |
24. prosince 1872 Glasgow |
Jméno v rodném jazyce | William John Macquorn Rankine |
Státní příslušnost | skotský |
Výcvik |
University of Edinburgh Ayr Academy ( in ) |
Činnosti | Inženýr , fyzik , stavební inženýr , univerzitní profesor , vynálezce |
Pracoval pro | Glasgowská univerzita |
---|---|
Pole | Inženýrství |
Člen |
Královská společnost Americká akademie umění a věd Královská švédská akademie věd Královská společnost v Edinburghu |
Ocenění | Keithova medaile |
William John Macquorn Rankine , narozen dne5. července 1820v Edinburghu a zemřel dne24. prosince 1872v Glasgow , je skotský inženýr a fyzik . Spolu s Rudolfem Clausiusem a Williamem Thomsonem (první baron Kelvin) patří k průkopníkům termodynamiky . Rankine vyvinul úplnou teorii parního stroje , bez ohledu na typ motoru. Jeho učebnice věnované inženýrským vědám a průmyslovým aplikacím vznikly několik desetiletí po jejich vydání, v 50. a 60. letech 20. století. Od roku 1840 publikoval několik stovek článků a článků o technických a vědeckých otázkách. Vykazoval širokou škálu zájmů, od botaniky , hudební teorie a teorie čísel jako mladík, do hlavních vědních oborů , matematiky a techniky. Byl také amatérským zpěvákem, klavíristou a violoncellistou , který sám skládal vtipné písně. Zemřel svobodný.
Syn poručíka z britské armády David Rankin a Barbara Grahame, buržoazní těžby, William Rankine přijal jeho první lekce doma; poté mohl navštěvovat Ayr Academy (1828-1829) a na krátkou dobu střední školu v Glasgow (1830). Kolem roku 1830 se jeho rodina přestěhovala do Edinburghu, kde v roce 1834 navštěvoval Vojenskou a námořní akademii pod vedením matematika George Leese. Jak už ukázal nejlepší sklony k matematice, jeho strýc mu dal latinský opis z Newtonova Principia .
V roce 1836 se Rankine na univerzitě v Edinburghu věnoval mnoha vědním oborům , včetně přírodopisu (pod vedením Roberta Jamesona ) a přírodní filozofie (pod vedením Jamese Davida Forbese ). Forbes mu udělil ceny za eseje o demonstraci vlnitého charakteru světla . Během prázdnin pomáhal svému otci, který se od roku 1830 stal ředitelem a později finančním ředitelem a inženýrem Edinburghské a Dalkeithské železnice, společnosti odpovědné za dodávku uhlí do tehdy rostoucího hlavního města Skotska. V roce 1838 opustil univerzitu v Edinburghu bez jakéhokoli diplomu (který byl tehdy zcela běžný) a snad kvůli finančním potížím své rodiny se učil u Johna Benjamina Macneilla, odborného geodeta jménem irské železniční komise . Během svého doučování vyvinul techniku kreslení plánů způsobů nazývaných od „Rankinovy grafické metody“, která co nejlépe využívá vlastnosti teodolitu , podstatně zvyšuje přesnost rozložení a přispívá ke zvýšení produktivity návrháři. Tuto techniku ve skutečnosti již používali jiné výzkumné firmy, takže v 60. letech 20. století vypukla mezi Rankinem a jeho předchůdci prioritní kontroverze.
Rok 1842 pro Rankina znamenal začátek jeho pokusů dát matematické formě rodící se vědě o teplu, ale nedostatek experimentálních měření brzdil jeho úsilí. Během návštěvy královny Viktorie ve Skotsku uspořádal velký oheň na Arturově sedadle , poháněný proudem horkého vzduchu vháněného palivem. Tato hranice dala signál k zapálení řady dalších ohňů po celém Skotsku.
Rankinův byl Regius profesor stavitelství a mechanika na University of Glasgow doListopad 1855 až do své smrti v Prosince 1872Pokračoval ve vědeckém výzkumu v různých směrech, a to jak ve stavebnictví, tak ve strojírenství .
Rankinův byl pomocný ve vytvoření 2 z Lanarkshire střeleckého sboru, vyškolení dobrovolníci z University of Glasgow vČervence 1859, Jak se stát kapitánem v roce 1860 poté, co se stala 1 st společností na 2 d praporu, 1. st Lanarkshire střeleckého dobrovolnického sboru. Sloužil tam až do roku 1864, ale vzdal se práce vyvolané jeho různými výzkumy, většinou věnovanými námořní architektuře .
Aniž by se nechal odradit, pokračoval ve výzkumu mechanických principů tepelného motoru . Ačkoli jeho teorie vírů elastických tekutin , jejichž poloměry se spontánně přizpůsobují geometrii spalovací komory, dnes vypadá fantasticky, do roku 1849 se Rankinovi podařilo navázat vztah mezi tlakem nasycených par a teplotou . V následujícím roce se používá jeho teorii pro vytvoření vztahu mezi teplotou, tlakem a hustotou z plynů , a vyjádřit latentního tepla z odpařování z A kapaliny . Udělal překvapivou (ale empiricky potvrzenou později) předpověď, že zdánlivé specifické teplo nasycených par je negativní.
Následně se zavázal vypočítat účinnost tepelných motorů, přičemž se opřel o svou teorii specifických ohřevů, aby vytvořil zásadu, že maximální účinnost tepelného motoru závisí pouze na teplotách dvou zdrojů, kterými pracuje. Ačkoli německý lékař Rudolf Clausius a fyzik William Thomson již tento výsledek formulovali, Rankine tvrdil, že jeho tvrzení bylo založeno výhradně na hypotéze molekulárních vírů, aniž by se uchýlil k Carnotově teorii nebo k jakékoli jiné dodatečné hypotéze. Tato práce představuje první milník Rankinovy „termodynamické“ teorie.
Poté Rankine přeformuloval výsledky své molekulární teorie tak, že je založil na makroskopické teorii energie a jejích různých formách: rozlišil „skutečnou energii“, která se rozptýlí v dynamických procesech, od potenciální energie. , Která ji nahradí v bilanční rovnici . Předpokládal, že součet těchto dvou energií zůstala konstantní, představu jistě již k dispozici (ale na krátkou dobu) do zákona o zachování energie z Joule . Od roku 1854 stále častěji využíval svoji „termodynamickou funkci“, o které si později uvědomil, že se neliší od entropie v Clausiusově smyslu. V roce 1855 Rankine formuloval „vědu o energii “, která představovala dynamiku spíše jako vědu o energii a její různé transformace, než co se týče síly a pohybu . Tato teorie dosáhla svého rozkvětu v 90. letech 19. století .
Energetika otevřela obecnější alternativu pro Rankina, aby představil své výsledky, a to natolik, že v polovině 18. let 20. století se narážky na molekulární víry v jeho spisech staly vzácnějšími. Je však tvrdil, že elektromagnetismus na Maxwell byl jen prodloužením jeho modelu vířivé. Později, v roce 1864 , se postavil proti mikroskopickým teoriím Clausia a Jamese Clerka Maxwella založeným na lineárních atomových vibracích jako nevhodné: úspěch těchto svých soupeřících teorií měl uznat až v roce 1869. Jeho vlastní modelový atom se poté stal prakticky totožný s Thomsonem.
Jako profesor inženýrských věd aplikoval své vlastní teorie na získávání výsledků použitelných v průmyslu a na zkoumání jejich fyzikálních principů:
Historie točivých strojů je dlouhá řada mezi teorií a praxí. Rankine vytvořil svou první teorii točení v roce 1869, ale jeho model byl neúplný a došel k závěru, že nelze dosáhnout superkritických rychlostí.
Rankinův byl jedním z prvních inženýrů tvrdit, že zkázu tím, únava z stromů z podvozků proces měl svůj původ ve vzhledu ( „boot“) a růst trhlin . Na počátku 40. let 20. století začal zkoumat několik zlomených hřídelí a prokázal, že se tyto čepy zlomily, když trhlina postupovala z oblasti části ramene nebo koncentrace napětí. Je pravděpodobné, že jeden z předních podvozků jedné z lokomotiv zapojených do železniční katastrofy v Meudonu (8. května 1842) zlomil tímto způsobem. Rankine představil svá zjištění v článku zaslaném Institution of Civil Engineers. Tato studie však zůstala bez povšimnutí, několik inženýrů přetrvávalo ve víře, že aplikace stresového pole vedla k „ rekrystalizaci “ kovu. Tato mylná teorie rekrystalizace měla nadále brzdit výzkum až do vydání díla Williama Fairbairna o několik let později.
Mnoho příspěvků Rankine se týká:
Rankine úzce spolupracoval s loděnicemi Clyde Shipbuilders a se svým přítelem a dlouholetým spolupracovníkem Jamesem Robertem Napierem (z) udělal z námořní architektury vědu plnohodnotného inženýra. Spolu s Williamem Thomsonem a dalšími byl Rankine členem vyšetřovací komise při potopení kapitána HMS (1869).