رودولف كلاوزيوس

رودولف كلاوزيوس (2 يناير 1822 - 24 أغسطس 1888) (بالألمانية: Rudolf Clausius) عالم فيزيائي ألماني أطلق مفهوم الاعتلاج في علم التحريك الحراري .ولد في كوزالين بمقاطعة بوميرانيا وعاصر مملكة بروسيا والحرب الفرنسية البروسية، التحق بمدرسة داخلية ألمانية في شتشيتسين ثم انتظم في جامعة هومبولدت في برلين حتى تخرج منها سنة 1844 بإجازة في الرياضيات والفيزياء،وصاحبه في دفعة التخرج مجموعة من العلماء كهنريك ماقنوس وجون ديراكلت ويعقوب ستينر.كما درس التأريخ مع المؤرخ ليوبلد رانكه.وفي بحر عام 1847، نال شهادة العالمية من جامعة هال ويتبرق عن أطروحته التي تبحث في تأثير الضوء على غلاف الأرض الجوي.ثم دخل سلك التعليم حتى وصل إلى مرتبة أستاذ،ومن سنة 1855 حتي سنة 1867 عمل استاذا في المعهد الفدرالي السويسري ثم انتقل إلى جامعة فورتسبورغ ودرس طلابها سنتين قبل أن يرتحل إلى جامعة بون.وفي أثناء الحرب الفرنسية البروسية نظم فرقة إسعاف لإغاثة المصابين البروس بيد أنه أصيب في معركة إصابة تسببت في إعاقة مزمنة له فمنح الصليب الحديدي عرفانا له من لدن المملكة البروسية.وفي سنة 1875 توفيت زوجته فاضطلع بتنشئة عيالهما الستة فقل عطائه العلمي.وفي سنة 1886 تزوج بامرأة ثانية فأنجبت له ولدا سابعا ثم توفي بعدها بسنتين في مدينة بون.

جهوده في الفيزياء

أعاد تعريف دورة كارنو كما قدم نظرية الحرارة.وفي سنة 1859 كتب ورقته العلمية عن النظرية الميكانيكية للحرارة والتي تطرق فيها بنحو أو بآخر للقانون الثاني في التحريك الحراري. وفي سنة 1865 قدم مصطلح الاعتلاج كبديل عن مصطلح محتوى التحويل لتقديم المصطلحات اللاتينية على الإنكليزية وكذلك لمشابهة كلمة الاعتلاج (بالإنجليزية: Entropy) لكلمة الطاقة (بالإنجليزية: Energy). فنال وسام كوبلاي امتنانا من الجمعية الملكية لجهوده العلمية.

رودولف كلاوسيوس ومقياس الفوضى

يعتبر مصطلح الانتروبيا من المصطلحات الغريبة، التي تحتاج إلى بعض الفهم، ونظراً لأهميته، فإنه يستحق الجهد. وقد حفرت معادلة الانتروبيا على مقبرة الفيزيائي النمساوي العظيم لودفيك بولتزمان. ولكن، كان الألماني رودولف كلاوسيوس هو أول من أدرك الفكرة في حوالي عام ٠ ١٨٥ وقام بابتكار كلمة الانتروبيا التي تتكون من مقطعين وتعني تغيير أو تحويل؛ وهي ترتبط بشكل أساسي بما يحدث عندما تتحول الطاقة من صورة إلى أخرى.

ألقى كلاوسيوس مؤخر الضوء على الكتاب الذي ألفه العالم الفرنسي سادي كارنو عام ١٨٢٤ حول فاعلية المحركات البخارية. فقد وجد كارنو أنه ليس من الممكن أن يكون هناك محرك فعال بدرجة مائة في المائة فدائما ما تتبدد بعض الطاقة، حيث إن البخار الذي يخرج من المحرك لا تزال به حرارة لم تستخدم بعد.

عندما تأمل كلاوسيوس ذلك، مح مبدأ آخر أكثر أهمية. وهو أن الطاقة التي قام بتحويلها المحرك البخاري يعود أصلها إلى المركبات الكيميائية المعقدة المتمثلة في الفحم أو الخشب، والتي تحولت بفعل الاحتراق إلى غازات بسيطة؛ مثل: بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ثم انتشرت في الهواء. وحلت الفوضى محل النظام. وتحولت جزيئات البخار الحبيسة في الغلاية إلى ماء وخرجت إلى البيئة. وزادت الفوضى مرة أخرى؛ حيث ضاعت الآن المعلومات الدقيقة عن تلك الجزيئات، ومن الصعب استعادة أية طاقة ما زالت بداخلها.

اخترع كلاوسيوس مصطلح الانتروبيا ليصف هذه الفوضى أو فقد المعلومات: فقال إن الانتروبيا تزداد عندما تنطلق الطاقة. وتزداد الانتروبيا في أي مكان تكون فيه منظومة ما تعمل بمفردها. فمن الممكن لجدار ما مكون من لبنات مرتبة بإتقان أن يتحول عبر الوقت إلى كومة غير منظمة من الردم. ويمكن لقطرة واحدة من الصبغة إذا ألقيت في الماء أن تنتشر حتى يتلون الماء كله بلون باهت، ويضيع مكان القطرة الأصلي. يبدو أن الانتروبيا المتزايدة وانعدام النظام قد انتشرا في كل مكان.

يمكننا بالطبع استخدام مجموعة اللبنات لإعادة بناء الجدار، وبذلك يظهر أن النظام يتزايد والانتروبيا تتناقص. ولكن، هذا يستهلك الطاقة، ويؤدي إلى زيادة الانتروبيا في مكان آخر. وإذا تم أخذ جميع الأنشطة في الاعتبار، ستزداد الانتروبيا عموما. وبالفعل، فإن الانتروبيا في جميع أنحاء العالم في ازدياد مطرد.

بوجه عام، يسمى هذا المبدأ القوي بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية (والقانون الأول هو بقاء الطاقة). وهو يفسر إلى حد بعيد لماذا تستحيل الحركة الدائمة (فمن الممكن أن تقلل من الانتروبيا)، ولماذا يقترب هلاك الكون بفعل الحرارة (١٨٥٤). ليس هذا فحسب، وإنما هناك الكثير لنتعلمه عن طبيعة الانتروبيا مثلاً، من العالم لودفيك بولتزمان (١٨٧٧).