La natura ha posto a se stessa il problema di come catturare al volo la luce che fluisce sulla Terra e immagazzinare il più sfuggente di tutti i poteri in forma rigida. Le piante assorbono una forma di potere, la luce; e producono un altro potere, la differenza chimica.
Julius Robert von Mayer era un medico, chimico e fisico tedesco e uno dei fondatori della termodinamica. È meglio conosciuto per aver enunciato nel 1841 uno dei primi enunciati della conservazione dell'energia o quello che oggi è conosciuto come una delle prime versioni del primo principio della termodinamica, vale a dire che "l'energia non può essere né creata né distrutta". Nel 1842, Mayer descrisse il processo chimico vitale ora noto come ossidazione come la fonte primaria di energia per qualsiasi creatura vivente. I suoi risultati furono trascurati e la priorità per la scoperta dell'equivalente meccanico del calore fu attribuita a James Joule l'anno seguente. Propose anche che le piante convertono la luce in energia chimica.
Primi anni di vita
Mayer nacque il 25 novembre 1814 a Heilbronn, Württemberg Baden-Württemberg, nella moderna Germania, figlio di un farmacista. Crebbe a Heilbronn. Dopo aver completato il suo Abitur, studiò medicina presso l'Università di Tubinga, dove era membro del Corps Guestphalia, un Corpo Studentesco Tedesco. Durante il 1838 conseguì il dottorato e superò lo Staatsexamen. Dopo un soggiorno a Parigi 1839/40 partì come medico di bordo su una nave a tre alberi olandese per un viaggio a Jakarta.
Sebbene prima di questo viaggio si fosse difficilmente interessato ai fenomeni fisici, la sua osservazione che le onde agitate dalla tempesta sono più calde del mare calmo lo portò a riflettere sulle leggi fisiche, in particolare sul fenomeno fisico del calore e sulla questione se il calore direttamente sviluppato da solo, il calore della combustione, o la somma delle quantità di calore sviluppate in modi diretti e indiretti debbano essere conteggiate nel processo di combustione. Dopo il suo ritorno nel febbraio 1841 Mayer dedicò i suoi sforzi alla risoluzione di questo problema.
Nel 1841 si stabilì a Heilbronn e si sposò.
Sviluppo delle idee
Fin da bambino, Mayer ha mostrato un intenso interesse per vari meccanismi meccanici. Era un giovane che conduceva vari esperimenti di natura fisica e chimica. In realtà, uno dei suoi hobby preferiti era la creazione di vari tipi di dispositivi elettrici e pompe ad aria. Era evidente che era intelligente. Pertanto, Mayer frequentò l'Università Eberhard-Karls nel maggio 1832. Ha studiato medicina durante il suo tempo lì.
Nel 1837, lui e alcuni dei suoi amici furono arrestati per aver indossato i colori di un'organizzazione vietata. Le conseguenze di questo arresto includevano un'espulsione dall'università della durata di un anno e un breve periodo di incarcerazione. Questo diversivo mandò Mayer a viaggiare in Svizzera, Francia e nelle Indie Olandesi. Mayer trasse un ulteriore interesse per la matematica e l'ingegneria dal suo amico Carl Baur attraverso lezioni private. Nel 1841, Mayer ritornò a Heilbronn per esercitare la medicina, ma la fisica divenne la sua nuova passione.
Nel giugno 1841 completò il suo primo articolo scientifico intitolato "Sulla determinazione quantitativa e qualitativa delle forze". Fu in gran parte ignorato da altri professionisti nell'area. Quindi, Mayer si interessò all'area del calore e del suo movimento. Ha presentato un valore in termini numerici per l'equivalente meccanico del calore. È stato anche il primo a descrivere il processo chimico vitale ora noto come ossidazione come la fonte primaria di energia per qualsiasi creatura vivente.
Nel 1848 calcolò che in assenza di una fonte di energia il Sole si raffredderebbe in soli 5000 anni, e suggerì che l'impatto dei meteoriti lo mantenesse caldo.
Poiché non era preso sul serio all'epoca, i suoi risultati furono trascurati e il credito fu dato a James Joule. Mayer quasi si suicidò dopo aver scoperto questo fatto. Ha trascorso un po' di tempo in istituti psichiatrici per riprendersi da questo e dalla perdita di alcuni dei suoi figli. Diversi dei suoi articoli furono pubblicati a causa della natura avanzata della fisica e della chimica. Gli fu conferito un dottorato onorario nel 1859 dalla facoltà filosofica dell'Università di Tubinga. Il suo lavoro trascurato fu ripreso nel 1862 dal collega fisico John Tyndall in una lezione presso la Royal Institution di Londra. Nel luglio 1867 Mayer pubblicò "Die Mechanik der Wärme." Questa pubblicazione affrontava la meccanica del calore e il suo movimento. Il 5 novembre 1867 Mayer fu insignito della nobiltà personale dal Regno del Württemberg von Mayer, che è l'equivalente tedesco di una cavalleria britannica. Julius Robert von Mayer morì in Germania.
per il calorifico, Mayer è stato il primo a enunciare la legge della conservazione dell'energia, uno dei principi più fondamentali della fisica moderna. La legge della conservazione dell'energia afferma che l'energia meccanica totale di un sistema rimane costante in qualsiasi sistema isolato di oggetti che interagiscono tra loro solo attraverso forze conservative. Il primo tentativo di Mayer di enunciare la conservazione dell'energia è stato un articolo che ha inviato agli Annalen der Physik di Johann Christian Poggendorff, nel quale ha postulato una conservazione della forza Erhaltungssatz der Kraft. Tuttavia, a causa della mancanza di formazione avanzata in fisica da parte di Mayer, conteneva alcuni errori fondamentali e non fu pubblicato. Mayer ha continuato a perseguire l'idea in modo fermo e ha discusso con il professore di fisica di Tubinga Johann Gottlieb Nörremberg, che ha rifiutato la sua ipotesi. Nörremberg, tuttavia, ha dato a Mayer una serie di suggerimenti preziosi su come l'idea potesse essere esaminata sperimentalmente; per esempio, se l'energia cinetica si trasforma in energia termica, l'acqua dovrebbe essere riscaldata da vibrazioni.
Mayer non solo ha eseguito questa dimostrazione, ma ha anche determinato il fattore quantitativo della trasformazione, calcolando l'equivalente meccanico del calore. Il risultato delle sue indagini è stato pubblicato nel 1842 nell'edizione di maggio degli Annalen der Chemie und Pharmacie di Justus von Liebig. È stato tradotto come Osservazioni sulle forze della natura inorganica Nel suo opuscolo Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel Il movimento organico in connessione con il metabolismo, 1845 ha specificato il valore numerico dell'equivalente meccanico del calore: dapprima come 365 kgf·m/kcal, poi come 425 kgf·m/kcal; i valori moderni sono 4.184 kJ/kcal 426.6 kgf·m/kcal per la caloria termochimichea e 4.1868 kJ/kcal 426.9 kgf·m/kcal per la caloria internazionale della tavola del vapore.
Questa relazione implica che, sebbene il lavoro e il calore siano forme diverse di energia, possono essere trasformati l'uno nell'altro. Questa legge è ora chiamata il primo principio della termodinamica, e ha portato alla formulazione del principio generale della conservazione dell'energia, definitivamente enunciato da Hermann von Helmholtz nel 1847.
Relazione di Mayer
Mayer ha derivato una relazione tra il calore specifico a pressione costante e il calore specifico a volume costante per un gas ideale. La relazione è:
C P , m − C V , m = R ,
dove CP,m è il calore specifico a pressione costante, CV,m è il calore specifico a volume costante e R è la costante del gas.
Per sostanze omogenee più generali, non solo gas ideali, la differenza assume la forma,
vedere relazioni tra capacità termiche, dove C P è la comprimibilità isotermica.
Da questa relazione, è possibile trarre diverse inferenze:
- Poiché la comprimibilità isotermica β T è una quantità positiva o zero, il calore specifico a pressione costante è sempre maggiore o uguale al calore specifico a volume costante.
- Quando la temperatura assoluta del sistema si avvicina a zero, la differenza tra CP,m e CV,m si avvicina anche a zero.
- Per le sostanze incomprimibili, CP,m e CV,m sono identici. Inoltre per le sostanze quasi incomprimibili, come i solidi e i liquidi, la differenza tra i due calori specifici è trascurabile.
Vita successiva
Mayer era consapevole dell'importanza della sua scoperta, ma la sua incapacità di esprimersi scientificamente ha portato a speculazioni degradanti e resistenza dall'establishment scientifico. I fisici contemporanei hanno rifiutato il suo principio della conservazione dell'energia, e persino i rinomati fisici Hermann von Helmholtz e James Prescott Joule hanno visto le sue idee con ostilità. Il primo ha dubitato delle qualifiche di Mayer su questioni fisiche, e una disputa amara sulla priorità si è sviluppata con il secondo.
Nel 1848 due dei suoi figli morirono rapidamente in successione, e la salute mentale di Mayer si deteriorò. Ha tentato il suicidio il 18 maggio 1850 ed è stato ricoverato in un istituto psichiatrico. Dopo essere stato rilasciato, era un uomo spezzato e solo timidamente rientrò nella vita pubblica nel 1860. Tuttavia, nel frattempo, la sua fama scientifica era cresciuta e ha ricevuto un apprezzamento tardivo della sua realizzazione, sebbene forse in una fase in cui non era più in grado di goderne.
Ha continuato a lavorare vigorosamente come medico fino alla sua morte.
Onori
- 1840 Julius von Mayer ricevette la Croce dei Cavalieri dell'Ordine della Corona del Württemberg.
- 1869 Mayer ha ricevuto il premio Poncelet.
- Il Robert-Mayer-Gymnasium e il Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte a Heilbronn portano il suo nome.
In chimica, ha inventato il reagente di Mayer che viene utilizzato nel rilevamento degli alcaloidi.
Opere
- 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
