КЛАПЕЙРОН БЕНУА ПОЛЬ ЭМИЛЬ (1799 г. – 1864 г.)

КЛАПЕЙРОН БЕНУА ПОЛЬ ЭМИЛЬ

(1799 г. – 1864 г.)

Эмиль Клапейрон родился 26 января 1799 года в Париже. Сведений о его родителях история практически не сохранила. Известно только, что, согласно записи в архиве, они «недвижимой собственностью не владели». Также мало известно и о детстве известного физика. В 1816 году Эмиль окончил один из парижских лицеев и поступил в Политехническую школу. Через два года Клапейрон получил диплом военного инженера. Он занял должность инженера-ученика во Французском горном корпусе. Параллельно юноша продолжал учиться в Сент-Этьенской минной школе.

В 1819 году Эмиль и его друг Габриель Ламе[72] отправились в исследовательскую поездку по Гарцу. В те времена этот район был одним из центров добычи металлов (меди, серебра, цинка, свинца). Молодые инженеры особенно интересовались различными техническими приспособлениями. Результатом поездки стали две первые научные работы Клапейрона, которые были посвящены зубчатым колесам и описанию парохода.

После возвращения друзей в Париж произошло событие, сыгравшее важную роль в жизни обоих. Клапейрон и Ламе были представлены Пьеру Доминику Базену. В свое время Базен вошел в группу ученых, откомандированных по просьбе Александра I Наполеоном в Россию. Их задачей было создание новой для Российской империи специальности – инженеров путей сообщения. В результате появился Петербургский институт инженеров путей сообщения. Базен проработал в России достаточно долго, он даже стал именоваться Петром Петровичем и дослужился до генерала. Во Франции он, в частности, подбирал преподавателей для Института инженеров путей сообщения, который все еще нуждался в заграничных кадрах. Молодые исследователи произвели на Базена хорошее впечатление, и он предложил им отправиться в Россию.

20 июня 1821 года появился указ о назначении Клапейрона и Ламе преподавателями института. Эмиль был назначен заведующим кафедрами механики и химии. Он взялся за работу основательно: прежде чем приступить к чтению порученных ему курсов, внимательно изучил и пересмотрел их программы. Клапейрон разделил курсы химии и механики на прикладную и теоретическую часть, добавил новые разделы (о паровых машинах, о ветряных мельницах и др.). Преподавательскую деятельность он успешно совмещал с научной и инженерной: молодой ученый много времени уделял вопросам строительства мостов, гидротехническим работам, выполнял чисто прикладные задачи. Так, ему было поручено исследование месторождений известняка и анализ свойств известей, получаемых из них. В результате тщательных и обширных работ Клапейрон установил, что русские извести не уступают импортируемым из-за границы. Он руководил первыми в России испытаниями бетона и первым применением этого материала при строительстве мостов, входил в различные комиссии по изучению проектов, рецензировал изобретения, сам активно занимался проектированием. В 1825 году Клапейрону было поручено провести испытания прочности российского железа, которое шло на строительство цепных мостов. За время пребывания в России Эмиль опубликовал более десятка инженерных и научных работ. В 1830 году он был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук.

Но не следует думать, что пребывание Клапейрона и Ламе в Российской империи было безоблачным, скорее, дело обстояло совсем наоборот. Уже в 1824 году они подавали прошение об отставке и возвращении во Францию. Предпринимались такие попытки и в дальнейшем, но всякий раз ученые получали отказ. Причины, по которым Клапейрон и Ламе все-таки смогли покинуть Россию, до конца не известны. Возможно, большое значение сыграло то, что они с воодушевлением восприняли известие об Июльской революции во Франции. Это событие сыграло важную роль и в политической жизни России, в частности, послужило толчком к Польскому восстанию 1830–1831 годов. Власти предупреждали ученых о недопустимости тех слишком либеральных политических высказываний, но французы должной сдержанности не проявляли. В конце 1830 года Клапейрон, практически наверняка в качестве наказания, был отправлен в полугодичную командировку в Вытегру. В начале 1831/32 учебного года он приступил к выполнению своих преподавательских обязанностей, но вскоре подал вместе с Ламе прошение об отставке, мотивируя его состоянием здоровья. На этот раз прошение было без всяких проволочек удовлетворено, и неугодные российским властям молодые французские ученые смогли вернуться на родину.

Вернувшись во Францию, Клапейрон в основном посвятил себя развитию железнодорожного транспорта. Вскоре после приезда он и Ламе вместе составили проект строительства одних из первых железнодорожных линий Париж – Сен-Жермен. Деньги на строительство удалось получить не сразу, и Клапейрон некоторое время преподавал в Минной школе.

Увлечение железной дорогой определяло и научные интересы Эмиля Клапейрона. Он не только изучал проекты паровых машин, но и следил за теоретическими исследованиями в этой области. В 1834 году произошло знаменательное событие: Клапейрон познакомился с трудом Сади Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Эмиль стал фактически первым ученым, который внимательно изучил эту работу, написанную десятью годами ранее, и, пожалуй, первым же, кто понял основные идеи покойного Карно. Так же, как и Карно в своих неопубликованных записях, Клапейрон вплотную подошел к пониманию закона сохранения энергии, впрочем, так и не сформулировав его. Он писал: «Количество работы, совершаемое газом, и количество теплоты, перешедшее от теплого тела к холодному, – величины одинакового типа, которые могут переходить друг в друга, взаимопревращаться. Здесь дело обстоит так же, как и в механике, где тело, которое может падать с определенной высоты, и тело, обладающее определенной скоростью, характеризуются величинами одного вида, которые могут благодаря определенным устройствам превращаться друг в друга». Надо заметить, что вслед за Карно Клапейрон в своих рассуждениях и расчетах использовал гипотетический теплород, в общем-то, понимая теоретическую слабость этой концепции.

Важнейшим достижением Клапейрона считают то, что он разработал графический метод изображения термодинамических процессов. Это дало сразу два положительных эффекта: во-первых, процессы приобрели наглядность, а во-вторых, Клапейрон, прекрасный математик, смог разработать математические методы, позволяющие производить различные расчеты. Далее он вывел два важных уравнения. Первое выражает зависимость между давлением, объемом и абсолютной температурой идеального газа.

Сейчас это соотношение известно под названием уравнение Клапейрона или Менделеева – Клапейрона (в 1874 году, используя закон Авогадро, Менделеев модернизировал его до уравнения состояния одного моля идеального газа). Второе уравнение сейчас носит имя Клапейрона – Клаузиуса. Оно описывает зависимость между давлением и температурой при переходе веществ из одной фазы в другую.

В том же 1834 году Клапейрон опубликовал результаты своих исследований в не очень большой по объему (38 страниц), но весьма содержательной статье. Назвал он ее почти так же, как и Карно «Размышления о движущей силе тепла». Эта работа так и осталась единственным теоретическим трудом Клапейрона. Возможно, именно поэтому роль ученого в становлении термодинамики часто недооценивают. Вторая причина заключается в том, что сам Клапейрон позиционировал свою работу, как изложение идей Карно, не акцентируя внимания на оригинальных результатах. Тем не менее, с уверенностью можно сказать, что собственные результаты Эмиля Клапейрона также очень важны. Установленное им уравнение фазового перехода (уравнение Клапейрона – Клаузиуса) не только имеет фундаментальное значение, но и широко применяется. Оно позволяет рассчитать трудно определяемые экспериментальным путем величины, характеризующие состояние вещества при фазовом переходе. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса, в частности, используется для вычисления тепловых констант.

В 1835 году произошло, в общем-то, радостное, хотя и отвлекшее ученого от научных изысканий событие. Были наконец выделены средства на проект железнодорожной линии Париж – Сен-Жермен. К тому времени Ламе уже получил кафедру физики в Политехнической школе, и реализация задуманного друзьями строительства практически целиком легла на плечи Клапейрона – ему поручили лично возглавить работы. Когда же в 1837 году ветка была построена, он приступил к реализации следующего проекта: железной дороги Бордо – Байонна. Также Клапейрон участвовал в строительстве мостов, в частности, через Сену и Гаронну. В исследовательской деятельности он перешел к более прикладным задачам, в частности, в 1842 году написал важную работу о регулировании давления пара в паровых машинах.

К педагогической работе ученый вернулся лишь в 1844 году, когда ему предложили профессуру в Школе мостов и дорог. Здесь он, в частности, читал собственный курс «Паровые машины». В 1848 году Эмиль Клапейрон был избран во Французскую академию наук. К своему членству ученый относился не просто как к приятной формальности. Он принимал активное участие в работе различных комитетов Академии: по присуждению премий в области механики, по строительству Суэцкого канала, по применению паровых двигателей в военно-морском деле. Умер Эмиль Клапейрон 28 января 1864 года. Сейчас одна из улиц Парижа носит его имя.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.