William John Macquorn Rankine एक स्कॉटिश यांत्रिक इंजीनियर थे जिन्होंने नागरिक इंजीनियरिंग, भौतिकी और गणित में भी योगदान दिया। वे Rudolf Clausius और William Thomson Lord Kelvin के साथ ऊष्मागतिकी विज्ञान के संस्थापक योगदानकर्ता थे, विशेष रूप से तीन ऊष्मागतिकी नियमों में से पहले पर ध्यान केंद्रित करते थे। उन्होंने Rankine scale विकसित किया, जो तापमान के Kelvin scale के बराबर है, लेकिन Celsius के बजाय Fahrenheit डिग्री में।
Rankine ने स्टीम इंजन और वास्तव में सभी ताप इंजन का एक पूर्ण सिद्धांत विकसित किया। उनकी इंजीनियरिंग विज्ञान और अभ्यास की मैनुअल 1850 और 1860 के दशक में प्रकाशन के बाद कई दशकों तक उपयोग की गई थीं। उन्होंने 1840 से विज्ञान और इंजीनियरिंग विषयों पर कई सौ पत्र और नोट्स प्रकाशित किए, और उनकी रुचियां अत्यंत विविध थीं, जिनमें उनकी युवावस्था में वनस्पति विज्ञान, संगीत सिद्धांत और संख्या सिद्धांत, और अपने परिपक्व वर्षों में विज्ञान, गणित और इंजीनियरिंग की अधिकांश प्रमुख शाखाएं शामिल थीं।
वह एक उत्साही शौकिया गायक, पियानोवादक और सेलिस्ट थे जिन्होंने अपने हास्य गीत भी लिखे।
जीवन
Rankine का जन्म Edinburgh में Lt David Rankin को हुआ था, जो एक सैन्य पृष्ठभूमि से आए एक नागरिक इंजीनियर थे, जिन्होंने बाद में Edinburgh से Dalkeith Railway पर काम किया, जिसे स्थानीय रूप से Innocent Railway के रूप में जाना जाता है। उनकी माता Barbara Grahame थीं, एक प्रमुख कानूनी और बैंकिंग परिवार से।
उनके पिता स्कॉटलैंड में विभिन्न परियोजनाओं पर चले गए और परिवार उनके साथ चला गया। William को शुरुआत में घर पर शिक्षा दी गई थी लेकिन वह बाद में Ayr Academy 1828-29 में गए और फिर High School of Glasgow 1830 में। लगभग 1830 में परिवार Edinburgh चला गया जब पिता को Edinburgh से Dalkeith Railway के प्रबंधक के रूप में पद मिला। परिवार तब 2 Arniston Place में रहते थे।
1834 में उन्हें Edinburgh में Lothian Road पर Scottish Naval and Military Academy में गणितज्ञ George Lee के साथ भेजा गया था। उस साल तक William पहले से ही गणित में अत्यंत प्रवीण थे और अपने चाचा से उपहार के रूप में Isaac Newton's Principia 1687 को मूल लैटिन में प्राप्त किया।
1836 में, Rankine ने University of Edinburgh में वैज्ञानिक विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन करना शुरू किया, जिसमें Robert Jameson के तहत प्राकृतिक इतिहास और James David Forbes के तहत प्राकृतिक दर्शन शामिल थे। Forbes के तहत उन्हें भौतिक जांच की विधियों और प्रकाश के अनुप्रस्थ या तरंग सिद्धांत पर निबंध के लिए पुरस्कार दिए गए। छुट्टियों के दौरान, वह अपने पिता की सहायता करते थे जो 1830 से Edinburgh and Dalkeith Railway के प्रबंधक और बाद में प्रभावी खजांची और इंजीनियर थे जो बढ़ते शहर में कोयला लाते थे। वह 1838 में University of Edinburgh से बिना डिग्री के चले गए, जो तब असामान्य नहीं था और शायद परिवार की तंग वित्तीय स्थिति के कारण, Sir John Benjamin Macneill के अंतर्गत एक प्रशिक्षु बन गए, जो उस समय Irish Railway Commission के लिए सर्वेक्षक थे। अपनी प्रशिक्षुता के दौरान उन्होंने एक तकनीक विकसित की, जिसे बाद में Rankine's method के रूप में जाना गया, रेलवे वक्रों को तैयार करने के लिए, theodolite का पूरी तरह से उपयोग करते हुए और मौजूदा विधियों पर सटीकता और उत्पादकता में काफी सुधार करते हुए। वास्तव में, यह तकनीक अन्य इंजीनियरों द्वारा एक साथ उपयोग में थी - और 1860 के दशक में Rankine की प्राथमिकता के बारे में एक छोटा विवाद था।
1842 वर्ष Rankine के ताप की घटनाओं को गणितीय रूप में कम करने के पहले प्रयास को भी चिह्नित करता है लेकिन वह प्रायोगिक डेटा की कमी से निराश थे। Queen Victoria की स्कॉटलैंड की यात्रा के समय, बाद में उसी वर्ष, उन्होंने Arthur's Seat पर स्थित एक बड़ी आग का आयोजन किया, ईंधन के तहत विकिरण वायु मार्ग के साथ निर्मित। आग स्कॉटलैंड भर में अन्य आग की एक श्रृंखला शुरू करने के लिए एक बीकन के रूप में कार्य करती थी।
1850 में उन्हें Royal Society of Edinburgh के Fellow के रूप में चुना गया, उनके प्रस्तावक Prof James David Forbes थे। वह 1851-53 की अवधि के लिए समाज के Keith Prize जीते। उन्होंने 1871 से 1872 तक समाज के Vice President के रूप में कार्य किया।
1855 से वह Glasgow University में Civil Engineering and Mechanics के Professor थे।
वह 8 Albion Crescent में मृत्यु हुई, अब Dowanside Road कहा जाता है, Dowanhill, Glasgow में Christmas Eve 24 December 1872 को 11:45pm पर, मात्र 52 वर्ष की आयु में। वह अविवाहित थे और उनके कोई संतान नहीं थी। उनकी मृत्यु उनके चाचा, Alex Grahame द्वारा पंजीकृत की गई थी, जो उनकी माता के भाई कानून थे।
ऊष्मागतिकी
निडर होकर, Rankine ने ताप इंजन की यांत्रिकी के साथ अपनी यौवन आकर्षण की ओर लौट आए। हालांकि उनका लोचदार vortices की परिसंचारी धाराओं का सिद्धांत, जिनके आयतन सहज रूप से अपने पर्यावरण के अनुकूल थे, आधुनिक खाते पर गठित वैज्ञानिकों के लिए कल्पनाप्रद प्रतीत होता है, 1849 तक, वह संतृप्त वाष्प दबाव और तापमान के बीच संबंध खोजने में सफल हुए थे। अगले साल, उन्होंने गैसों के तापमान, दबाव और घनत्व के बीच संबंध स्थापित करने के लिए अपने सिद्धांत का उपयोग किया, और एक तरल के वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के लिए अभिव्यक्तियां। उन्होंने सही ढंग से भविष्यवाणी की कि संतृप्त भाप की स्पष्ट विशिष्ट ऊष्मा नकारात्मक होगी।
अपनी सफलता से साहस मिलकर, 1851 में उन्होंने ताप इंजन की दक्षता की गणना करने का निर्धारण किया और यह सिद्धांत निकालने के लिए अपने सिद्धांत का आधार के रूप में उपयोग किया कि किसी भी ताप इंजन के लिए संभव अधिकतम दक्षता केवल दो तापमान का एक कार्य है जिनके बीच वह कार्य करता है। हालांकि एक समान परिणाम पहले से ही Rudolf Clausius और William Thomson द्वारा प्राप्त किया जा चुका था, Rankine ने दावा किया कि उनका परिणाम केवल molecular vortices की अपनी परिकल्पना पर निर्भर था, न कि Carnot's theory या किसी अन्य अतिरिक्त धारणा पर। इस कार्य ने ताप का अधिक पूर्ण सिद्धांत विकसित करने के लिए Rankine की यात्रा में पहला कदम चिह्नित किया।
Rankine ने बाद में अपने आणविक सिद्धांतों के परिणामों को ऊर्जा और इसके परिवर्तनों के macroscopic खाते में पुनर्गठित किया। उन्होंने वास्तविक ऊर्जा को परिभाषित और अलग किया जो गतिशील प्रक्रियाओं में खो गई थी और संभावित ऊर्जा जिसके द्वारा इसे प्रतिस्थापित किया गया था। उन्होंने दोनों ऊर्जाओं की राशि को स्थिर माना, एक विचार पहले से ही, हालांकि निश्चित रूप से बहुत लंबे समय के लिए नहीं, energy के संरक्षण के कानून में परिचित था। 1854 से, उन्होंने अपने thermodynamic function का व्यापक उपयोग किया जिसे उन्होंने बाद में Clausius की entropy के समान महसूस किया। 1855 तक, Rankine ने energetics का विज्ञान तैयार किया था जो बल और गति के बजाय ऊर्जा और इसके परिवर्तनों के संदर्भ में गतिशीलता का खाता दिया। यह सिद्धांत 1890 के दशक में बहुत प्रभावशाली था। 1859 में उन्होंने Rankine scale of temperature का प्रस्ताव दिया, एक पूर्ण या thermodynamic scale जिसकी डिग्री एक Fahrenheit degree के बराबर है।
Energetics ने Rankine को अपने विज्ञान के लिए एक वैकल्पिक, और काफी अधिक मुख्यधारा, दृष्टिकोण प्रदान किया और mid-1850s से, उन्होंने अपने molecular vortices का काफी कम उपयोग किया। फिर भी उन्होंने दावा किया कि Maxwell's work on electromagnetics प्रभावी रूप से उनके मॉडल का विस्तार था। और, 1864 में, उन्होंने तर्क दिया कि Clausius और James Clerk Maxwell द्वारा प्रस्तावित ऊष्मा के microscopic theories, रैखिक परमाणु गति पर आधारित, अपर्याप्त थे। यह केवल 1869 में था कि Rankine ने इन प्रतिद्वंद्वी सिद्धांतों की सफलता को स्वीकार किया। उस समय तक, उनके अपने atom के मॉडल Thomson के लगभग समान हो गए थे।
अपने निरंतर लक्ष्य के रूप में, विशेष रूप से इंजीनियरिंग के शिक्षक के रूप में, उन्होंने अपने सिद्धांतों का उपयोग कई व्यावहारिक परिणाम विकसित करने के लिए और उनके भौतिक सिद्धांतों को स्पष्ट करने के लिए किया:
- Rankine–Hugoniot equation झटके तरंगों के प्रसार के लिए, आने वाली प्रवाह के लिए सामान्य झटके तरंगों के व्यवहार को नियंत्रित करता है। यह भौतिकविद् Rankine और फ्रांसीसी इंजीनियर Pierre Henri Hugoniot के नाम पर है;
- Rankine cycle, एक कंडेनसर के साथ एक आदर्श ताप-इंजन का विश्लेषण। अन्य thermodynamic cycles की तरह, Rankine cycle की अधिकतम दक्षता Carnot cycle की अधिकतम दक्षता की गणना करके दी जाती है;
- भाप, गैस और वाष्प के गुण।
Rotordynamics का इतिहास सिद्धांत और अभ्यास के अंतरक्रिया से भरा है। Rankine ने पहली बार 1869 में एक घूमने वाले शाफ्ट का विश्लेषण किया, लेकिन उनका मॉडल पर्याप्त नहीं था और उन्होंने भविष्यवाणी की कि supercritical speeds प्राप्त नहीं की जा सकती हैं।
थकान अध्ययन
Rankine उन पहले इंजीनियरों में से एक थे जिन्होंने मान्यता दी कि रेलवे axles की थकान की विफलता脆 brittlecrack के initiation और growth के कारण होती थी। 1840 के दशक की शुरुआत में उन्होंने कई टूटी हुई axles की जांच की, विशेष रूप से Versailles train crash के बाद 1842 जब एक locomotive axle अचानक टूट गया और 50 से अधिक यात्रियों की मृत्यु हुई। उन्होंने दिखाया कि axles शाफ्ट पर कंधे या अन्य stress concentration source जैसे keyway से brittle crack के प्रगतिशील विकास के कारण विफल हुए थे। उन्हें Joseph Glynn द्वारा विफल axles के समान प्रत्यक्ष विश्लेषण द्वारा समर्थित किया गया था, जहां axles एक brittle crack के slow growth के कारण विफल हुए, एक प्रक्रिया जिसे अब metal fatigue के रूप में जाना जाता है। यह संभावित है कि Versailles train crash में शामिल locomotives में से एक का front axle इसी तरह विफल हुआ था। Rankine ने अपने निष्कर्षों को Institution of Civil Engineers में दिए गए पत्र में प्रस्तुत किया। हालांकि उनके काम को कई इंजीनियरों द्वारा अनदेखा किया गया था जो इस विश्वास में बने रहे कि तनाव धातु के "पुनः-क्रिस्टलाइजेशन" का कारण बन सकता है, एक मिथक जो हाल के समय तक भी बनी रही है। Recrystallization का सिद्धांत बिल्कुल गलत था, और William Fairbairn के कुछ साल बाद के काम तक सार्थक अनुसंधान में बाधा डाली, जिसने बड़े beams पर repeated flexure के कमजोर प्रभाव को दिखाया। फिर भी, थकान एक गंभीर और खराब समझी जाने वाली घटना बनी रही, और रेलवे और अन्य जगहों पर कई दुर्घटनाओं का मूल कारण थी। यह अभी भी एक गंभीर समस्या है, लेकिन कम से कम आज इसे बहुत बेहतर तरीके से समझा जाता है, और इसलिए सावधानीपूर्वक डिजाइन द्वारा इसे रोका जा सकता है।
अन्य कार्य
Rankine ने November 1855 से लेकर December 1872 में अपनी मृत्यु तक University of Glasgow में नागरिक इंजीनियरिंग और यांत्रिकी के Regius Professor के रूप में कार्य किया, नागरिक और यांत्रिक इंजीनियरिंग में कई लाइनों के साथ इंजीनियरिंग अनुसंधान कर रहे थे।
Rankine Glasgow University Officer Training Corps के अग्रदूत के गठन में instrumental थे, July 1859 में Glasgow University में 2nd Lanarkshire Rifle Volunteer Corps, 1860 में Major बन गए इसके बाद यह 1st Lanarkshire Rifle Volunteer Corps के 2nd Battalion की पहली कंपनी में गठित किया गया; उन्होंने 1864 तक सेवा की, जब वह काम के दबाव के कारण इस्तीफा दे दिया - इसका अधिकांश हिस्सा Naval Architecture से जुड़ा था।
नागरिक इंजीनियरिंग
Rankine Lectures, British Geotechnical Association द्वारा आयोजित, Rankine द्वारा किए गए महत्वपूर्ण योगदान की स्वीकृति में नामित हैं:
- Frame structures में बल;
- Soil mechanics; सबसे विशेष रूप से lateral earth pressure theory और retaining walls के stabilization में। Rankine method of earth pressure analysis उनके नाम पर है।
नौसैनिक वास्तुकला
Rankine ने Clyde shipbuilders के साथ घनिष्ठ रूप से काम किया, विशेष रूप से अपने दोस्त और आजीवन सहयोगी James Robert Napier के साथ, नौसैनिक वास्तु
