Brendan Scaife

Brendan Kevin Patrick Scaife FTCD , MRIA , Boyle-pristagare ( / s k eɪ f / ; född 19 maj 1928), är en irländsk akademisk ingenjör och fysiker som utförde banbrytande arbete med teorin om dielektrik . Scaife grundade Dielectrics Group i Trinity College Dublin där han är Fellow Emeritus och tidigare professor i elektromagnetism , och tidigare professor i ingenjörsvetenskap.

Scaife visade att i ett linjärt system är avklingningsfunktionen direkt proportionell mot autokorrelationsfunktionen för motsvarande fluktuerande makroskopiska variabel, och bevisade hur den spektrala tätheten för dipolmomentfluktuationerna för en dielektrisk kropp kunde beräknas från frekvensberoendet av den komplexa permittiviteten , $\epsilon (\omega )=\epsilon '(\omega )-i\epsilon ''(\omega )$ . Det var oberoende av Ryogo Kubo som 1957 utvecklade motsvarande teori för magnetiska material. Verket publicerades före Robert Coles arbete 1965 som ofta citeras.

Tidigt liv

Scaife föddes i London den 19 maj 1928 och strax efter andra världskriget började han sina grundstudier vid avdelningen för elektroteknik vid Queen Mary College, University of London ; han tog examen 1949. Vid Queen Mary College fanns ett högspänningslaboratorium som drevs av Hans Tropper , vars föreläsningar om elektromagnetisk teori inspirerade Scaife. Efter examen började han forska om egenskaperna hos isoleringsmaterial under Troppers ledning. Scaifes doktorandforskning bröt ny mark i studiet av dielektrikum.

Karriär

Komplex permittivitet för polära vätskor

Scaife var den första vetenskapsmannen som framgångsrikt mätte den komplexa permittiviteten hos ett antal polära vätskor som eugenol, glycerol och vatten som en funktion av tryck upp till 12 kbar. Detta publiceras i en forskningsanteckning i Proc. Phys. Soc. B, 68 (1955) 790. Fram till den tiden hade Chan och Danforth, som arbetade i Bridgmans laboratorium i USA, i huvudsak mätt den relativa jämvikten ε(ω) för ett antal vätskor. Vid den tiden var de experimentella faciliteterna inom detta forskningsområde kraftigt begränsade. Kommersiella broar för att mäta komplex permittivitet fanns inte tillgängliga. En armbro med tre terminaler med kopplat förhållande till transformator baserad på Blumleins uppfinning före kriget hade byggts vid Queen Mary av en indisk student S. Sharan för hans doktorandarbete. Denna brygga användes framgångsrikt för mätningar av prover utsatta för höga tryck. Efter att ha avslutat detta arbete och en kort anställningstid hos GEC i Wembley, återvände han med sina irländska föräldrar till Irland där han stannade under resten av sin karriär trots många erbjudanden från utlandet.

Dublin Institute for Advanced Studies; arbeta med Schrödinger och Fröhlich

Scaife gick med i Dublin Institute for Advanced Studies 1954. Här var Prof. Erwin Schrödinger fortfarande seniorprofessor liksom Cornelius Lanczos . Arbetet av dessa två ledande teoretiska fysiker under 1900-talet var en källa till stor inspiration för honom och hjälpte till att forma hans framtida arbete. 1961 började han på School of Engineering vid Trinity College .

Hans intresse för teorin om dielektrikum ledde till ett samarbete med Herbert Fröhlich vid University of Liverpool , där han var en regelbunden besökare på 1950- och 1960-talen. Han utvecklade en livslång vänskap med Fröhlich och medlemmarna i hans forskargrupp. Scaife försökte tillämpa arbetet av Callen och Welton (1951) om fluktuationsförlustteoremet på Frohlichs arbete om dipolmomentfluktuationer i dielektriska kroppar. Detta arbete med teorin om dielektrikum kulminerade i en lång rapport 1959 publicerad av Electrical Research Association (numera ERA Technology Ltd ) om "Dispersion och fluktuation i linjära system med särskild hänvisning till dielektrik". I detta påpekade han att i ett linjärt system var avklingningsfunktionen direkt proportionell mot autokorrelationsfunktionen för motsvarande fluktuerande makroskopiska variabel. Han visade hur spektraltätheten för dipolmomentfluktuationerna för en dielektrisk kropp kunde beräknas från frekvensberoendet av den komplexa permittiviteten ε(ω) = ε'(ω) – iε"(ω). Detta arbete publicerades senare i Progress i Dielectrics , 1963. Det var oberoende av Ryogo Kubo som 1957 utvecklade motsvarande teori för magnetiska material. Verket publicerades före Robert Coles arbete 1965 som ofta citeras.

Teorin om jämvikts relativa permittivitet $\epsilon (\omega )$ för dipolära ämnen hade utvecklats av Kirkwood (1939) och Fröhlich (1948), som byggde på pionjärarbetet av Debye (1913) och Onsager (1936). Man hoppades att resultaten av hans rapport från 1959 skulle kunna användas för att generalisera Onsagers, Kirkwoods och Fröhlichs arbete och för att erhålla en teori för frekvensberoendet för den komplexa permittiviteten $\epsilon (\omega )=\epsilon '(\omega )-i\epsilon ''(\omega )$ . Det första steget var att förtydliga konceptet för reaktionsfältet som introducerats av Onsager. När detta hade gjorts var det möjligt att se hur en generalisering av Onsagers ekvation för $\epsilon (0)$ till det frekvensberoende fallet skulle erhållas. En sådan ekvation publicerades i en kort notis 1964 i Proceedings of the Physical Society of London 84, 616. Motiveringen till denna ekvation hade först dykt upp i en Electrical Research-rapport, som Scaife publicerade 1965. En mer utökad version gavs i Complex Permittivity publicerad 1971.

Tröghetseffekter

I det arbete som publicerades fram till 1965 hade tröghetseffekter inte helt beaktats. Ett tidigt försök att avhjälpa denna brist gjordes av Rocard 1933. Ett stort framsteg gjordes av Sack (1953,1957) och Gross (1955). Sacks arbete var baserat på Fokker Plancks ekvation som styrde den tidsmässiga utvecklingen av orienteringsfördelningen för molekyler. I ett försök att klargöra de fysiska aspekterna av problemet, härledde Scaife Sacks resultat genom att utgå från den stokastiska Langevin-ekvationen (1908) av molekylär roterande brownisk rörelse .

Hans arbete om planrotatorn, och även för sfären, publicerades för första gången 1971; den publicerades i samarbete med John T. Lewis och James Robert McConnell (även en Boyle-pristagare ) i Proceedings of the Royal Irish Academy A, 76 (1976) 43 (Det är för denna tidning som han medverkar i Famous Trails to Paul Erdős ) . I arbetet med tröghetseffekter hade det varit vanligt att försumma dipol-dipolkoppling. En korrekt procedur för att avhjälpa denna försummelse beskrevs i hans bok publicerad 1989. Tyvärr är en exakt, självständig lösning av den föreslagna Langevin-ekvationen inte möjlig. Huruvida en adekvat ungefärlig lösning kan erhållas är fortfarande en öppen fråga.

Polarisationsplott för att representera högfrekventa data

1963 föreslog Scaife att ersätta den komplexa permittiviteten $\epsilon (\omega )$ Cole–Cole-plot (1941), med en polariserbarhetsplot, $\alpha (\omega )$ . I denna plot plottas $\alpha ''(\omega )$ mot $\alpha '(\omega )$ , där $\alpha '(\omega )$ och $\alpha ''(\omega )$ är de reella och imaginära koordinaterna för funktionen

\alpha (\omega )=\alpha '( \omega )-i\alpha ''(\omega )=(\epsilon (\omega )-1)/(\epsilon (\omega )+2),

som är direkt proportionell mot den komplexa polariserbarheten hos en makroskopisk sfär med enhetsradie. Det har visat sig av ett antal forskare att polariserbarhetsdiagrammet är överlägset Cole-Cole-diagrammet för representation av högfrekventa dielektriska data. Hans bok Principles of Dielectrics publicerad 1989 (uppdaterad 1998) innehåller många resultat och diskussioner som inte tidigare hade publicerats.

Casimir effekt; höga fälteffekter; alkalihalider; Garrett Scaife och högtrycksstudier

Tillsammans med sin forskarstudent T. Ambrose tillämpade Scaife teorin om dipolmomentfluktuationer på retardationseffekter (Casimireffekten) i Van der Waals krafter. Med en annan student, WT Coffey, utforskade han utvidgningen av Onsagers teori för att ta hänsyn till högt fält effekter på polariseringen av dipolära material.

Tillsammans med forskarstudenterna K. Raji, JC Fisher, KV Kamath och VJ Rossiter genomförde han experimentella studier av jämviktspermittiviteten för alkalihalider när de utsätts för höga tryck. Resultaten rapporterades i flera tidningar. Han fick hjälp av sin äldre bror, W. Garrett Scaife, som BKP Scaife först fick intresserad av dielektrikum. Senare tog Garrett Scaife ett stort intresse för att designa och automatisera högtrycksutrustningen och etablera de dielektriska mätteknikerna, och ägnade en stor del av sin karriär åt att studera de dielektriska egenskaperna hos vätskor och flytande kristaller under höga tryck.

Samarbete med JH Calderwood

Under flera år var Scaife gästprofessor vid University of Salford och i samarbete med professor JH Calderwood publicerade han ett antal viktiga artiklar. I en av artiklarna publicerade i Philosophical Transactions of the Royal Society of London , 269 (1971) 217, visade de att den komplicerade transienta spänningen och strömbeteendet som observeras i vätskor under bestrålning kan förklaras med en enkel modell av rymdens rörelse laddning i ett dielektriskt medium.

Ferrofluids och andra intressen

I samarbete med sin kollega och tidigare forskarstudent, PC Fannin, designade han en delad toroidteknik ("Fannins (Toroidal) Technique") för att mäta ferrofluids magnetiska känslighet. Han undersökte också spridningen av den frekvensberoende magnetiska känsligheten hos dessa vätskor, och utvecklade den nödvändiga underliggande teoretiska förståelsen. Detta publiceras i ett antal artiklar från 1986 till 1991. Detta arbete har lagt grunden till ännu ett viktigt forskningsområde.

Förutom sitt intresse för dielektrikum och magnetiska vätskor har han bidragit till telekommunikation, matematiska metoder inom signalbehandling och till vetenskapens och teknikens historia. När det gäller det sistnämnda, när han arbetade med sin tidigare forskarstudent och kollega Sean Swords på en studie av radars tidiga historia, tog han kontakt med många av radarns pionjärer: informationen och insikterna han fick bidrog materiellt till en ny förståelse av radarns internationella början. Sean Swords doktorsavhandling (under Scaifes handledning) publicerades som Vol.6 i IEE History of Technology Series.

Scaife redigerade Vol.IV av The Mathematical Papers of Sir William Rowan Hamilton Han har också publicerat en biografi om James MacCulagh, en annan irländsk matematiker och teoretisk fysiker, och samtida med Hamilton.

Scaife utvecklade tillsammans med en annan tidigare student, JK Vij, en ny teori om absorbans för det elektromagnetiska spektrumet. Hans resultat stred mot de verk som publicerades i litteraturen vid den tiden. Detta publicerades i J. Chem. Phys. 122, 174901 (2005) och verifierades experimentellt genom en serie högprecisionsexperiment och publicerades [Phys Rev. E 80, 021704 (2009)].

Fellowship of Trinity College Dublin och annat erkännande

Han valdes in i Fellowship of Trinity College Dublin (FTCD) 1964 och utsågs till läsare 1966. 1967 blev han docent. 1972 utsågs han till en ordförande för ingenjörsvetenskap och valdes samma år in i Royal Irish Academy. Han tilldelades en D.Sc. (Eng.) vid University of London för sitt publicerade arbete 1973. 1986 valdes han till en personlig lärostol i elektromagnetism som ett erkännande av sitt internationella rykte inom dielektrikområdet. Han tilldelades Boyle Medal of the Royal Dublin Society 1992.

Trinity College Dublin delar ut BKP Scaife-priset till studenter inom elektronik och elektroteknik till hans ära.

Bibliografi

Han har skrivit (och/eller redigerat) sex böcker:

Complex permittivity (1971) English Universities Press;
Studies in Numerical Analysis : Papers in Honor of Cornelius Lanczos (1974) Academic Press;
Radio Science in Ireland (1981) Royal Irish Academy, ISBN 0-901714-19-4 (0-901714-19-4)
Principles of Dielectrics (1989) Clarendon Press;
James MacCulagh , MRIA, FRS, 1809–1847 , Proceedings of the Royal Irish Academy 90C (3) (1990), 67–106
The Mathematical Papers of Sir William Rowan Hamilton , Volym IV (Geometry, Analysis, Astronomy, Probability and Finite Differences, Diverse), ( 2000) publicerad av Cambridge University Press.
Scaife, BKP; Vij, JK The Journal of Chemical Physics (2005) 122, 174901.
Scaife, BKP; Sigarev, AA; Vij, JK; Goodby, JW Physical Review E (2009) 80, 021704.

Anteckningar

JK Vij (1996), Journal of Molecular Liquids (BKP Scaife specialnummer)| 69 | sidorna ix–xii
De Castro, Rodrigo; Grossman, Jerrold W. (1999). "Kända stigar till Paul Erdős" . Den matematiska intelligensen . 21 (3): 51–63. CiteSeerX 10.1.1.33.6972 . doi : 10.1007/BF03025416 . MR 1709679 . S2CID 120046886 . Spansk originalversion i Rev. Acad. Colombiana Cienc. Exakt. Fís. Natur. 23 (89) 563-582, 1999, MR 1744115 .