Die Natur hat sich selbst das Problem gestellt, wie sie das zur Erde strömende Licht im Flug ergreifen und die flüchtigste aller Kräfte in starre Form speichern kann. Die Pflanzen nehmen eine Form von Kraft auf, Licht; und erzeugen eine andere Kraft, chemischen Unterschied.
Julius Robert von Mayer war ein deutscher Arzt, Chemiker und Physiker und einer der Gründer der Thermodynamik. Er ist vor allem dafür bekannt, dass er 1841 eine der ursprünglichen Aussagen über die Energieerhaltung oder das, was heute als eine der ersten Versionen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik bekannt ist, formulierte, nämlich dass „Energie weder geschaffen noch zerstört werden kann". 1842 beschrieb Mayer den lebenswichtigen chemischen Prozess, der heute als Oxidation bekannt ist, als primäre Energiequelle für jede lebende Kreatur. Seine Leistungen wurden übersehen und die Priorität für die Entdeckung des mechanischen Wärmeäquivalents wurde im folgenden Jahr James Joule zugerechnet. Er schlug auch vor, dass Pflanzen Licht in chemische Energie umwandeln.
Frühen Leben
Mayer wurde am 25. November 1814 in Heilbronn, Württemberg Baden-Württemberg, dem heutigen Deutschland, als Sohn eines Apothekers geboren. Er wuchs in Heilbronn auf. Nach Abschluss seines Abiturs studierte er Medizin an der Universität Tübingen, wo er Mitglied des Corps Guestphalia, eines deutschen Studentencorps, war. 1838 erwarb er seinen Doktortitel und bestand auch das Staatsexamen. Nach einem Aufenthalt in Paris 1839/40 verließ er als Schiffsarzt auf einem niederländischen dreimastigen Segelschiff zu einer Reise nach Jakarta.
Obwohl er sich vor dieser Reise kaum für physikalische Phänomene interessiert hatte, führte ihn seine Beobachtung, dass sturmgepeitschte Wellen wärmer sind als das ruhige Meer, zum Nachdenken über physikalische Gesetze, insbesondere über das physikalische Phänomen der Wärmeerzeugung und die Frage, ob die direkt entwickelte Wärmeerzeugung allein die Verbrennungswärme oder die Summe der in direkter und indirekter Weise entwickelten Wärmemengen im Verbrennungsprozess zu berücksichtigen sind. Nach seiner Rückkehr im Februar 1841 widmete sich Mayer der Lösung dieses Problems.
1841 ließ sich Mayer in Heilbronn nieder und heiratete.
Entwicklung von Ideen
Bereits als kleines Kind zeigte Mayer ein intensives Interesse an verschiedenen mechanischen Mechanismen. Er war ein junger Mann, der verschiedene Experimente physikalischer und chemischer Art durchführte. Tatsächlich war eines seiner liebsten Hobbys die Herstellung verschiedener Arten von Elektrogeräten und Luftpumpen. Es war offensichtlich, dass er intelligent war. Deshalb besuchte Mayer die Eberhard-Karls-Universität im Mai 1832. Während seiner Zeit dort studierte er Medizin.
1837 wurden er und einige seiner Freunde festgenommen, weil sie die Farben einer verbotenen Organisation trugen. Die Folgen dieser Verhaftung waren ein einjähriger Ausschluss vom College und eine kurze Zeit der Haft. Diese Ablenkung führte Mayer zu Reisen in die Schweiz, Frankreich und die niederländisch-indischen Inseln. Mayer zog durch Privatunterricht von seinem Freund Carl Baur zusätzliches Interesse an Mathematik und Technik. 1841 kehrte Mayer nach Heilbronn zurück, um Medizin auszuüben, aber die Physik wurde zu seiner neuen Leidenschaft.
Im Juni 1841 vollendete er seine erste wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel „Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte". Sie wurde weitgehend von anderen Fachleuten in diesem Bereich ignoriert. Dann interessierte sich Mayer für den Bereich der Wärmeerzeugung und ihre Bewegung. Er präsentierte einen Zahlenwert für das mechanische Wärmeäquivalent. Er war auch die erste Person, die den lebenswichtigen chemischen Prozess, der jetzt als Oxidation bekannt ist, als primäre Energiequelle für jede lebende Kreatur beschrieb.
1848 berechnete er, dass ohne eine Energiequelle die Sonne in nur 5000 Jahren abkühlen würde, und er schlug vor, dass der Einfluss von Meteoriten sie heiß hielt.
Da er damals nicht ernst genommen wurde, wurden seine Leistungen übersehen und der Verdienst wurde James Joule zugerechnet. Mayer hätte nach dieser Entdeckung fast Selbstmord begangen. Er verbrachte einige Zeit in psychiatrischen Anstalten, um sich davon und vom Verlust einiger seiner Kinder zu erholen. Mehrere seiner Arbeiten wurden aufgrund der fortgeschrittenen Natur der Physik und Chemie veröffentlicht. 1859 erhielt er einen Ehrendoktortitel von der philosophischen Fakultät der Universität Tübingen. Seine übersehene Arbeit wurde 1862 von dem Mitphysiker John Tyndall in einem Vortrag an der Londoner Royal Institution wiederbelebt. Im Juli 1867 veröffentlichte Mayer „Die Mechanik der Wärme." Diese Publikation befasste sich mit der Mechanik der Wärmeerzeugung und ihrer Bewegung. Am 5. November 1867 wurde Mayer von der Württemberg Königsreich von Mayer persönlich geadelt, das dem britischen Rittertum entspricht. Julius Robert von Mayer starb in Deutschland.
es für Kalorien, Mayer war die erste Person, die das Gesetz der Energieerhaltung formulierte, eine der grundlegendsten Maximen der modernen Physik. Das Gesetz der Energieerhaltung besagt, dass die Gesamtmechanische Energie eines Systems in jedem isolierten System von Objekten, die nur durch konservative Kräfte miteinander interagieren, konstant bleibt. Mayers erster Versuch, die Energieerhaltung zu formulieren, war ein Papier, das er an Johann Christian Poggendorffs Annalen der Physik schickte, in dem er eine Erhaltung der Kraft Erhaltungssatz der Kraft postulierte. Aufgrund von Mayers mangelnder fortgeschrittener Ausbildung in Physik enthielt es jedoch einige grundlegende Fehler und wurde nicht veröffentlicht. Mayer verfolgte die Idee hartnäckig weiter und argumentierte mit dem Tübinger Physikprofessor Johann Gottlieb Nörremberg, der seine Hypothese ablehnte. Nörremberg gab Mayer jedoch eine Reihe von wertvollen Vorschlägen, wie die Idee experimentell untersucht werden könnte; zum Beispiel, wenn sich kinetische Energie in Wärmeenergie umwandelt, sollte Wasser durch Vibration erwärmt werden.
Mayer führte nicht nur diese Demonstration durch, sondern bestimmte auch den quantitativen Faktor der Umwandlung und berechnete das mechanische Wärmeäquivalent. Das Ergebnis seiner Untersuchungen wurde 1842 in der Maiausgabe von Justus von Liebigs Annalen der Chemie und Pharmacie veröffentlicht. Sie wurden als Remarks on the Forces of Inorganic Nature übersetzt. In seiner Broschüre Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel The Organic Movement in Connection with the Metabolism, 1845 spezifizierte er den Zahlenwert des mechanischen Wärmeäquivalents: zunächst als 365 kgf·m/kcal, später als 425 kgf·m/kcal; die modernen Werte sind 4,184 kJ/kcal 426,6 kgf·m/kcal für die thermochemische Kalorie und 4,1868 kJ/kcal 426,9 kgf·m/kcal für die internationale Dampftabellenkalorie.
Diese Beziehung impliziert, dass obwohl Arbeit und Wärmeerzeugung unterschiedliche Energieformen sind, sie ineinander umgewandelt werden können. Dieses Gesetz wird jetzt als erster Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet und führte zur Formulierung des allgemeinen Prinzips der Energieerhaltung, das 1847 von Hermann von Helmholtz definitiv formuliert wurde.
Mayers Beziehung
Mayer leitete eine Beziehung zwischen spezifischer Wärmekapazität bei konstantem Druck und spezifischer Wärmekapazität bei konstantem Volumen für ein ideales Gas ab. Die Beziehung ist:
C P , m − C V , m = R ,
wobei CP,m die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck ist, CV,m ist die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen und R ist die Gaskonstante.
Für allgemeinere homogene Stoffe, nicht nur ideale Gase, nimmt die Differenz die Form an,
siehe Beziehungen zwischen Wärmekapazitäten, wobei C P die isotherme Kompressibilität ist.
Aus dieser Beziehung können mehrere Schlussfolgerungen gezogen werden:
- Da die isotherme Kompressibilität β T eine positive Größe oder null ist, ist die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck immer größer als oder gleich der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Volumen.
- Wenn sich die absolute Temperatur des Systems dem Nullpunkt nähert, nähert sich auch die Differenz zwischen CP,m und CV,m dem Nullpunkt.
- Für inkompressible Stoffe sind CP,m und CV,m identisch. Auch für Stoffe, die nahezu inkompressibel sind, wie Feststoffe und Flüssigkeiten, ist der Unterschied zwischen den beiden spezifischen Wärmen vernachlässigbar.
Späteres Leben
Mayer war sich der Bedeutung seiner Entdeckung bewusst, aber seine Unfähigkeit, sich wissenschaftlich auszudrücken, führte zu abwertenden Spekulationen und Widerstand aus der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Zeitgenössische Physiker lehnten sein Prinzip der Energieerhaltung ab, und sogar angesehene Physiker Hermann von Helmholtz und James Prescott Joule betrachteten seine Ideen mit Feindseligkeit. Ersterer bezweifelte Mayers Qualifikationen bei physikalischen Fragen, und mit letzterem entwickelte sich ein erbitterter Prioritätsstreit.
1848 starben zwei seiner Kinder schnell hintereinander, und Mayers psychische Gesundheit verschlechterte sich. Er versuchte am 18. Mai 1850 Selbstmord und wurde in eine psychiatrische Anstalt aufgenommen. Nach seiner Entlassung war er ein gebrochener Mann und trat nur noch zaghaft 1860 ins öffentliche Leben zurück. Inzwischen war sein wissenschaftlicher Ruhm jedoch gewachsen und er erhielt eine späte Würdigung seiner Leistung, obwohl vielleicht zu einem Zeitpunkt, an dem er sie nicht mehr genießen konnte.
Er arbeitete bis zu seinem Tod weiterhin energisch als Arzt.
Ehrungen
- 1840 Julius von Mayer erhielt das Ritterkreuz des Orden der Württemberg Krone.
- 1869 erhielt Mayer den prix Poncelet.
- Das Robert-Mayer-Gymnasium und die Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte in Heilbronn tragen seinen Namen.
In der Chemie erfand er Mayers Reagenz, das zur Erkennung von Alkaloiden verwendet wird.
Werke
- Ueber das Santonin : eine Inaugural-Dissertation, welche zur Erlangung der Doctorwürde in der Medicin & Chirurgie unter dem Praesidium von Wilhelm Rapp im July 1838 der öffentlichen Prüfung vorlegt Julius Robert Mayer . M. Müller, Heilbronn 1838 Digital edition by the University and State Library Düsseldorf
