Johannes Diderik van der Waals

I detta holländska namn är efternamnet Van der Waals .

Johannes van der Waals
Waals 1910
Född	( 1837-11-23 ) 23 november 1837 Leiden , Nederländerna
dog	8 mars 1923 (1923-03-08) (85 år gammal) Amsterdam , Nederländerna
Alma mater	Universitetet i Leiden
Känd för	Att lägga grunden för modern molekylär fysik (molekylär teori) Ursprungande modern teori om intermolekylära krafter Lag för motsvarande tillstånd Verklig gaslag Van der Waals krafter Van der Waals tillståndsekvation Van der Waals radie Van der Waals yta Van der Waals molekyl
Släktingar	Joan van der Waals (förste kusin, två gånger borttagen)
Utmärkelser	Nobelpriset i fysik (1910)
Vetenskaplig karriär
Fält	Teoretisk fysik , termodynamik
institutioner	Universitetet i Amsterdam
Doktorand rådgivare	Pieter Rijke
Doktorander	Diederik Korteweg Willem Hendrik Keesom
Influenser	Rudolf Clausius Ludwig Boltzmann Josiah Willard Gibbs Thomas Andrews
Influerad	Heike Kamerlingh Onnes Willem Hendrik Keesom Peter Debye Zygmunt Florenty Wróblewski James Dewar Fritz London John Shipley Rowlinson Modern molekylär vetenskap (inklusive molekylär fysik och molekylär dynamik ) Kryogenik

Johannes Diderik van der Waals ( nederländskt uttal: [joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dər ˈʋaːls] ( lyssna ) ; 23 november 1837 – 8 mars 1923) var en nederländsk teoretisk arbetsfysiker och vätskefysiker inom termodynamisk verksamhet och termodynamisk vätskeform. Van der Waals började sin karriär som skollärare. Han blev den första fysikprofessorn vid universitetet i Amsterdam när 1877 det gamla Athenaeum uppgraderades till kommunalt universitet. Van der Waals vann Nobelpriset i fysik 1910 för sitt arbete med tillståndsekvationen för gaser och vätskor.

Hans namn är främst förknippat med Van der Waals tillståndsekvation som beskriver beteendet hos gaser och deras kondensation till vätskefasen . Hans namn är också associerat med Van der Waals krafter (krafter mellan stabila molekyler ), med Van der Waals molekyler (små molekylära kluster bundna av Van der Waals krafter), och med Van der Waals radier (storlekar på molekyler). Som James Clerk Maxwell sa, "det råder ingen tvekan om att namnet Van der Waals snart kommer att vara bland de främsta inom molekylär vetenskap ."

I sin avhandling från 1873 noterade Van der Waals icke-idealiteten hos verkliga gaser och tillskrev det till förekomsten av intermolekylära interaktioner . Han introducerade den första tillståndsekvationen som härleds av antagandet om en ändlig volym som upptas av de ingående molekylerna. Med Ernst Mach och Wilhelm Ostwald i spetsen uppstod en stark filosofisk strömning som förnekade existensen av molekyler mot slutet av 1800-talet. Den molekylära existensen ansågs obevisad och den molekylära hypotesen onödig. När Van der Waals avhandling skrevs (1873), vätskors molekylära struktur inte accepterats av de flesta fysiker, och vätska och ånga ansågs ofta vara kemiskt olika. Men Van der Waals arbete bekräftade molekylernas verklighet och tillät en bedömning av deras storlek och attraktiva styrka . Hans nya formel revolutionerade studiet av statsekvationer. Genom att jämföra hans tillståndsekvation med experimentella data kunde Van der Waals få uppskattningar för den faktiska storleken på molekyler och styrkan i deras ömsesidiga attraktion .

Effekten av Van der Waals arbete om molekylär fysik på 1900-talet var direkt och grundläggande. Genom att införa parametrar som kännetecknar molekylstorlek och attraktion i konstruktionen av hans tillståndsekvation , satte Van der Waals tonen för modern molekylär vetenskap . Att molekylära aspekter som storlek, form, attraktion och multipolära interaktioner bör ligga till grund för matematiska formuleringar av vätskors termodynamiska och transportegenskaper anses för närvarande vara ett axiom. Med hjälp av Van der Waals tillståndsekvation kunde de kritiska punktparametrarna för gaser exakt förutsägas från termodynamiska mätningar gjorda vid mycket högre temperaturer. Kväve , syre , väte och helium dukade sedan under för kondensation . Heike Kamerlingh Onnes var avsevärt influerad av Van der Waals banbrytande arbete. 1908 blev Onnes den förste att tillverka flytande helium ; detta ledde direkt till hans upptäckt 1911 av supraledning .

Biografi

Tidiga år och utbildning

Johannes Diderik van der Waals föddes den 23 november 1837 i Leiden i Nederländerna. Han var den äldsta av tio barn födda av Jacobus van der Waals och Elisabeth van den Berg. Hans far var snickare i Leiden. Som var vanligt för alla flickor och arbetarpojkar på 1800-talet gick han inte i den sortens gymnasieskola som skulle ha gett honom rätt att komma in på universitetet. Istället gick han till en skola för "avancerad grundutbildning", som han avslutade vid femton års ålder. Han blev sedan lärarlärling i en folkskola. Mellan 1856 och 1861 följde han kurser och fick nödvändiga kvalifikationer för att bli folkskollärare och överlärare.

År 1862 började han delta i föreläsningar i matematik, fysik och astronomi vid universitetet i sin födelsestad, även om han inte var kvalificerad att bli inskriven som en vanlig student delvis på grund av sin bristande utbildning i klassiska språk . Leiden University hade dock en bestämmelse som gjorde det möjligt för externa studenter att ta upp till fyra kurser per år. År 1863 startade den holländska regeringen en ny sorts gymnasieskola (HBS, en skola som riktar sig till barnen i medelklassen). Van der Waals – på den tiden rektor för en grundskola – ville bli HBS-lärare i matematik och fysik och ägnade två år åt att studera på fritiden för de obligatoriska proven.

1865 utnämndes han till fysiklärare vid HBS i Deventer och 1866 fick han en sådan tjänst i Haag, som låg tillräckligt nära Leiden för att låta Van der Waals återuppta sina kurser vid universitetet där. I september 1865, strax innan han flyttade till Deventer, gifte sig Van der Waals med den artonåriga Anna Magdalena Smit.

Professur

Van der Waals saknade fortfarande kunskaper om de klassiska språken som skulle ha gett honom rätt att komma in på universitetet som en vanlig student och att göra prov. Emellertid hände det så att lagen som reglerade universitetsinträdet ändrades och dispens från studier i klassiska språk kunde ges av undervisningsministern. Van der Waals fick denna dispens och klarade examen i fysik och matematik för doktorandstudier .

Vid Leiden University, den 14 juni 1873, försvarade han sin doktorsavhandling Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (om kontinuiteten i det gasformiga och flytande tillståndet) under Pieter Rijke . I avhandlingen introducerade han begreppen molekylär volym och molekylär attraktion.

I september 1877 utsågs Van der Waals till den första professorn i fysik vid det nygrundade kommunala universitetet i Amsterdam . Två av hans framstående kollegor var den fysikaliska kemisten Jacobus Henricus van 't Hoff och biologen Hugo de Vries . Fram till sin pensionering vid 70 års ålder stannade Van der Waals kvar vid Amsterdams universitet. Han efterträddes av sin son Johannes Diderik van der Waals, Jr., som också var en teoretisk fysiker. 1910, vid 72 års ålder, tilldelades Van der Waals Nobelpriset i fysik. Han dog vid 85 års ålder den 8 mars 1923.

Vetenskapligt arbete

Van der Waals största intresse var inom termodynamiken . Han var influerad av Rudolf Clausius avhandling från 1857 med titeln Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen ( Om den typ av rörelse som vi kallar värme) . Van der Waals var senare starkt influerad av James Clerk Maxwells, Ludwig Boltzmann och Willard Gibbs skrifter . Clausius arbete ledde till att han letade efter en förklaring till Thomas Andrews experiment som hade avslöjat, 1869, förekomsten av kritiska temperaturer i vätskor. Han lyckades ge en semikvantitativ beskrivning av fenomenen kondensation och kritiska temperaturer i sin avhandling från 1873, med titeln Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (Om kontinuiteten i gas- och flytande tillstånd). Denna avhandling representerade ett kännetecken inom fysiken och erkändes omedelbart som sådan, t.ex. av James Clerk Maxwell som recenserade den i Nature på ett berömmande sätt.

I denna avhandling härledde han ekvationen av tillstånd som bär hans namn. Detta arbete gav en modell där vätskan och gasfasen av ett ämne smälter samman i varandra på ett kontinuerligt sätt. Det visar att de två faserna är av samma karaktär. När han härledde sin tillståndsekvation antog Van der Waals inte bara existensen av molekyler (existensen av atomer var omtvistad vid den tiden), utan också att de är av ändlig storlek och attraherar varandra. Eftersom han var en av de första att postulera en intermolekylär kraft, hur rudimentär den än är, kallas en sådan kraft nu ibland en Van der Waals-kraft .

En andra stor upptäckt var 1880 års lagen om motsvarande stater, som visade att Van der Waals tillståndsekvation kan uttryckas som en enkel funktion av det kritiska trycket, den kritiska volymen och den kritiska temperaturen. Denna allmänna form är tillämplig på alla ämnen (se Van der Waals ekvation .) De föreningsspecifika konstanterna a och b i den ursprungliga ekvationen ersätts av universella (föreningsoberoende) storheter. Det var denna lag som fungerade som en vägledning under experiment som i slutändan ledde till att väte kondenserades av James Dewar 1898 och av helium av Heike Kamerlingh Onnes 1908 .

År 1890 publicerade Van der Waals en avhandling om teorin om binära lösningar i Archives Néerlandaises. Genom att relatera sin tillståndsekvation med termodynamikens andra lag , i den form som först föreslogs av Willard Gibbs, kunde han komma fram till en grafisk representation av sina matematiska formuleringar i form av en yta som han kallade Ψ (Psi) yta efter Gibbs, som använde den grekiska bokstaven Ψ för den fria energin i ett system med olika faser i jämvikt.

Nämnas bör också Van der Waals teori om kapilläritet , som i sin grundläggande form först dök upp 1893. I motsats till det mekaniska perspektivet på ämnet som tidigare tillhandahållits av Pierre-Simon Laplace , tog Van der Waals ett termodynamiskt tillvägagångssätt. Detta var kontroversiellt vid den tiden, eftersom förekomsten av molekyler och deras permanenta, snabba rörelse inte var allmänt accepterade före Jean Baptiste Perrins experimentella verifiering av Albert Einsteins teoretiska förklaring av Brownsk rörelse .

Privatliv

Han gifte sig med sin hustru Anna Magdalena Smit 1865, och paret fick tre döttrar (Anne Madeleine, Jacqueline E. van der Waals , Johanna Diderica) och en son, fysikern Johannes Diderik van der Waals, Jr. , som också arbetade vid universitetet i Amsterdam. Jacqueline var en poet av någon ton. Van der Waals brorson Peter van der Waals var en möbelsnickare och en ledande figur i Sapperton, Gloucestershire School of the Arts and Crafts-rörelsen . Hans fru dog i tuberkulos vid 34 års ålder 1881. Efter att ha blivit änkeman gifte Van der Waals aldrig om sig och var så skakad av sin frus död att han inte publicerade något på ungefär ett decennium. Han dog i Amsterdam den 8 mars 1923, ett år efter att hans dotter Jacqueline hade dött.

Högsta betyg

Van der Waals fick många utmärkelser och utmärkelser, förutom att han vann 1910 års Nobelpris i fysik. Han tilldelades en hedersdoktor vid University of Cambridge ; gjordes till hedersmedlem i Imperial Society of Naturalists of Moscow , Royal Irish Academy och American Philosophical Society (1916); Motsvarande ledamot av Institut de France och Kungliga Vetenskapsakademien i Berlin; Associerad medlem av Royal Academy of Sciences of Belgium; och utländsk medlem av Chemical Society of London , National Academy of Sciences i USA (1913) och av Accademia dei Lincei i Rom. Van der Waals blev medlem av Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences 1875. Från 1896 till 1912 var han sekreterare i detta sällskap. Han valdes dessutom till hedersmedlem i Nederländska Chemical Society 1912.

Den mindre planeten 32893 van der Waals är uppkallad till hans ära.

Relaterade citat

Det råder ingen tvekan om att namnet Van der Waals snart kommer att vara bland de främsta inom molekylär vetenskap,

— James Clerk Maxwells kommentarer i tidskriften Nature (1873).

Det kommer att stå helt klart att jag i alla mina studier var ganska övertygad om den verkliga existensen av molekyler, att jag aldrig betraktade dem som ett påhitt av min fantasi, inte ens som enbart centra för krafteffekter. Jag ansåg att de var de faktiska kropparna, så det vi kallar "kropp" i dagligt tal borde bättre kallas "pseudokropp". Det är ett aggregat av kroppar och tomrum. Vi känner inte till naturen hos en molekyl som består av en enda kemisk atom. Det skulle vara för tidigt att försöka svara på denna fråga men att erkänna att denna okunnighet inte på något sätt försämrar tron ​​på dess verkliga existens. När jag började mina studier hade jag en känsla av att jag nästan var ensam om att ha den uppfattningen. Och när jag, såsom hände redan i min avhandling från 1873, bestämde deras antal i en gram-mol, deras storlek och arten av deras verkan, stärktes jag i min åsikt, men ändå uppstod inom mig ofta frågan, om i den slutliga analys en molekyl är ett fantasifoster och hela den molekylära teorin också. Och nu tror jag inte att det är någon överdrift att påstå att den verkliga existensen av molekyler är allmänt antagen av fysiker. Många av dem som motsatte sig det mest har i slutändan vunnits, och min teori kan ha varit en bidragande faktor. Och just detta känner jag är ett steg framåt. Boltzmanns och Willard Gibbs skrifter kommer att medge att fysiker med stor auktoritet tror att värmeteorins komplexa fenomen bara kan tolkas på detta sätt. Det är ett stort nöje för mig att ett ökande antal yngre fysiker finner inspirationen för sitt arbete i studier och överväganden av molekylär teori ...

— Johannes D. van der Waals anteckningar i Nobelföreläsningen , Tillståndsekvationen för gaser och vätskor ( 12 december 1910).

Se även

• Van der Waals ekvation
• Van der Waals stam
• Van der Waals radie
• Van der Waals styrka
• Redlich-Kwong statsekvation
• Peng–Robinsons statsekvation

Anteckningar

Källor

• Den här artikeln innehåller material från Citizendium -artikeln " Johannes Diderik van der Waals ", som är licensierad under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License men inte under GFDL .

Vidare läsning

•   Kipnis, A. Ya.; Yavelov, BE; Rowlinson, JS (översättning): Van der Waals och molekylär vetenskap . (Oxford: Clarendon Press, 1996) ISBN 0-19-855210-6
• Sengers, Johanna Levelt: How Fluids Unmix: Discoveries by the School of Van der Waals and Kamerlingh Onnes . (Amsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2002)
• Shachtman, Tom: Absolute Zero and the Conquest of Cold . (Boston: Houghton Mifflin, 1999)
• Van Delft, Dirk: Frysande fysik: Heike Kamerlingh Onnes and the Quest for Cold . (Amsterdam: Koninklijke Nerlandse Akademie van Wetenschappen, 2008)
• Van der Waals, JD: Redigerat och introduktion. JS Rowlinson: Om kontinuiteten i de flytande och gasformiga tillstånden . (New York: Dover Publications, 2004, 320 s.)

externa länkar

• Forskare från den holländska skolan Van der Waals , Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences
• Albert van Helden Johannes Diderik van der Waals 1837 – 1923 I: K. van Berkel, A. van Helden och L. Palm utg., A History of Science in the Netherlands. Survey, Themes and Reference (Leiden: Brill, 1999) 596 – 598.
• Johannes Diderik van der Waals på Nobelprize.org inklusive Nobelföreläsningen, 12 december 1910 The Equation of State for Gases and Liquids
•   Museum Boerhaave "Negen Nederlandse Nobelprijswinnaars" (PDF) . Arkiverad från originalet (PDF) den 7 juni 2011. (2,32 MiB )
• HAM Snelders, Waals Sr., Johannes Diderik van der (1837–1923) , i Biografisch Woordenboek van Nederland.
• Biografi om Johannes Diderik van der Waals (1837–1923) vid Nationalbiblioteket i Nederländerna.