Уильяму Джону Макуорну Ранкину (Ренкину или Рэнкину) посчастливилось создать карьеру шотландского математика и физика. Именно он стоял у истоков термодинамики, и делал особый акцент на её Первом законе. Однако на этом вклад Ранкина в науку не закончился. Ведь он разработал ещё множество вещей, которые впоследствии вошли в сокровищницу ценнейшего научного наследия. А публикации Уильяма пользовались огромным спросом еще много-много лет после его смерти.
В этой статье вы сможете ближе познакомиться с биографией и результатами деятельности одного из самых талантливых учёных Эдинбурга. Ведь его путь состоит из множества поистине удивительных фактов и событий. Edinburgh1.one расскажет больше об этом.
Ранние годы
Рэнкин появился на свет 5 июля 1820 года в Эдинбурге.
Интересно, что отец будущего учёного был инженером-строителем, но с большим военным опытом. А вот мать Уильяма происходила из семьи, члены которой были преимущественно банкирами и юристами.
В силу того, что должностные обязанности отца вынудили его часто путешествовать по стране, его семья переезжала вместе с ним. Поэтому после получения домашнего образования, школьное обучение Уильям начал сначала в городе Эр, а после — в Глазго.
В 1830-том году Ранкины вернулись в родной Эдинбург.
Развитие деятельности
После возвращения в Эдинбург деятельность Уильяма начала развиваться довольно интересно.
Так, в 1834 году он поступил в Шотландскую военно-морскую академию. А спустя два года, то есть в 1836 году, он стал студентом Эдинбургского университета. В ходе обучения молодого человека особенно интересовало естествознание и натурфилософия.
Важный этап
Важно отметить, что во время каникул Уильям также не бездельничал, а набрался полезного опыта, помогая своему отцу, которого впоследствии поставили на должность казначея и инженера железной дороги Эдинбург-Далкит.
1838 год ознаменовался для Уильяма выпуском из Эдинбургского университета. При этом учебную степень он так и не получил. А вместо этого стал учиться у сэра Джона Бенджамина Макнейла, который тогда был инспектором Ирландской железнодорожной комиссии.
Обучаясь, Уильяму посчастливилось разработать уникальную технику. Впоследствии она обрела славу метода Ранкина. И её применяли для того, чтобы строить железнодорожные кривые, используя теодолит. А это, в свою очередь, обеспечило существенное улучшение точности и производительности.
Важно отметить, что данная техника использовалась и другими инженерами. И данный факт в 1860-х стал причиной спора касательно приоритета Ранкина.
Научная работа
В 1842 году Уильям впервые попробовал свести к математической формуле явления тепла. Однако из-за того, что экспериментальные данные ему так и не удалось добыть, у Ранкина ничего не вышло.
Также учёный решил вернуться к той сфере, которая невероятно интересовала его в юности. А именно, к механике теплового двигателя. И уже в 1849 году он смог обнаружить то, как взаимосвязана температура с насыщенным паром.
А 1850 году позволил Уильяму выйти на более высокий уровень, установив связь между давлением и плотностью газов и температурой. И именно Ранкин смог тогда доказать факт, который на то время стал настоящей сенсацией. Он отметил, что кажущаяся удельная теплота насыщенного пара будет отрицательной.
Последующие достижения
Благодаря такому успешному результату, в 1851 Уильям начал рассчитывать эффективность тепловых двигателей. И в результате он пришёл к выводу, что максимальный КПД любой тепловой машины представляет собой функцию только двух температур, между которыми она работает.
Причём справедливо отметить, что аналогичный принцип уже выдвигали Рудольф Клаузиус и Уильям Томсон (лорд Кельвин).
Однако по утверждением Ранкина, в основу его результата легла исключительно его гипотеза касательно молекулярных вихрей, а не теория Карно, либо какое-то другое предположение.
Впоследствии именно эту работу Ранкина стали считать его первым шагом к тому, чтобы разработать более полную теорию тепла.
Так, последующие успехи Уильяма начались с того, что в 1853 он предложил понятие “потенциальной энергии”. А потом он занялся переработкой результатов своих молекулярных теорий, и в основу этого он положил макроскопическое объяснение энергии, а также её преобразование.
Прм этом Уильям провёл разграничение между реальной (теряется во время динамических процессов) и потенциальной энергией (она заменяет реальную). Учёный выдвинул предположение относительно постоянства суммы двух энергий.
Новые достижения
В 1855 году Ранкин снова удивил сообщество учёных, сформулировав науку об энергетике. Именно она смогла объяснить динамику, исходя из энергии и ее преобразования.
А в 1859 году в научном мире впервые услышали о шкале Ранкина. Учёный стал разработчиком абсолютной или термодинамической шкалы, градус которой равен градусу Фаренгейта.
Позже Ранкин занялся расширением теории всеобщей тепловой смерти Кельвина. И наконец, в 1862 ему удалось достичь желаемого результата. Тогда к нему присоединился сам лорд Кельвин, и вместе они смогли сформулировать парадокс тепловой смерти. С помощью последнего учёным удалось опровергнуть возможность существования бесконечно старой Вселенной.
Дебютант
Стоит отметить, что Ранкин был дебютантом среди инженеров, осознав, что возникновение усталостных разрушений железнодорожных осей вызывают хрупкие трещины.
Начало 1840-х для учёного ознаменовалось исследованием огромного количества сломанных осей.
И ещё больше Уильям углубился в этот процесс после трагедии с поездом в Версале в 1842 году. Тогда локомотивная ось внезапно сломалась, и это привело к смерти более пятидесяти пассажиров.
Ранкин доказал, что причиной выхода осей из строя стало увеличение хрупкой трещины, которая шла от уступа или шпоночной канавки.
В результате Уильям решил представить результаты своих исследований Институту гражданского строительства, предоставив соответствующий документ. Но, к сожалению, работу Уильяма коллеги проигнорировали. Потому что они свято верили в миф, связанный с возникновением «перекристаллизации» металла из-за напряжения.
Нужно сказать, что теория рекристаллизации не имела абсолютно никаких веских оснований, была ошибочной. И к тому же из-за неё не проводились стоящие исследования. Так длилось до того момента, пока не появилась работа Уильяма Фейрберна. Именно она доказала оказание на большие балки ослабляющего эффекта многократного изгиба.
Автор ценных публикаций
Возвращаясь к биографии Ранкина, важно отметить, что он состоял в такой важной организации, как Королевское общество Эдинбурга. Его избрали членом в 1850 году. А с 1871 по 1872 год Уильям пребывал на посту вице-президента данного Общества.
Кроме этого, в 1855 он стал профессором гражданского строительства и механики в Университете Глазго.
И пребывая на данной должности, Ранкин смог написать множество публикаций по инженерно-строительным темам, которые впоследствии пользовались огромной популярностью, как среди ученых-теоретиков, так и практикантов.
Таким образом, Уильям Ранкин вошёл в историю научного сообщества, как талантливый учёный и разработчик важных теорий.
Вклад этого ученого в развитие и совершенствование термодинамики бесспорен, и имеет огромную ценность. Ведь каждая его работа была настоящей сенсацией и становилась доказательством наличия или отсутствия определенного явления. Позже это дало возможность последователям Ранкина получить новые, не менее потрясающие результаты.
Земной путь научного деятеля завершился 24 декабря 1872 года, прямо накануне Рождества. На момент смерти талантливому ученому было всего 52 года.