Ecuación de Gibbs-Hertz

-Crazy Money/Master of Thermodynamics

¿Alguna vez has salido solo de tu casa o de la playa por la noche y has visto las estrellas en el cielo, así que brillante que son tan brillantes calcular? ¡Ah, el universo es tan grande!

El científico Einstein dijo una vez: "El mayor misterio del universo es que contiene algunas leyes inmutables que permiten a los humanos comprenderlo".

Este artículo describe a un científico que sufrió. muchos golpes trágicos en su vida, pero hizo contribuciones sobresalientes a la humanidad debido a su fe en Jesucristo y su pasión por comprender las leyes de las matemáticas y la física.

Si lo ha leído en el libro de texto de Gibbs. energía, este es él. Algunas personas dicen que es un genio, otras dicen que es un idiota. ¿Qué piensas?

Pregunta extraña

"No sé si. "¿Han considerado esta pregunta?", preguntó el profesor Josiah Willard Gibbs a los mejores estudiantes de Yale mientras estaba en un aula de física matemática.

Los estudiantes se enderezaron, sacaron bolígrafos y papel y se prepararon. Todos pensaron. que esta pregunta llenaría la pizarra con símbolos matemáticos y haría que a todos les dolieran las manos.

El arrugado Gibbs entró al salón de clases y miró con curiosidad las nubes blancas en el cielo durante mucho tiempo, lo que parecía muy especial. Dijo lentamente: "Todos ustedes saben sobre el agua caliente, ¿verdad? "Todos asintieron, un poco confundidos.

Volvió a preguntar: "¿Qué pasa con el agua fría? 』

Todo el mundo lo sabe.

“¿Qué pasa si pones un vaso de agua caliente al lado de un vaso de agua fría?』

Alguien no pudo evitar reírse: “¡El clima se está calentando! 』

Gibbs volvió la cabeza: "¿Por qué?"

Alguien respondió: "¡El calor se transfiere del agua caliente al agua fría!" ¡Simple! 』

"¿En serio? ¿Por qué el agua fría no transfiere calor al agua caliente?』

"Profesor, si este es el caso, el agua fría se pondrá cada vez más fría, y El agua caliente se está calentando. ¡Esto no es razonable! ¡La experiencia de la vida diaria no es así! 』

Realmente no sabía que las mejores universidades todavía están discutiendo el tema del jardín de infantes. Gibbs arqueó las cejas y dijo: "No me hables de experiencia o razón. ¿Por qué el calor debe seguir esta "dirección fija", del agua caliente al agua fría?"

"¿Dirección?" 』

"¡Sí! Déjame preguntarte de nuevo, ¿por qué el agua caliente y el agua fría se convierten en dos tazas de agua tibia cuando se encuentran, pero dos tazas de agua tibia no se convierten en una taza de agua caliente? ¿Y un vaso de agua fría?" Todos parecen confundidos.

"Pregunto de nuevo, cuando un trozo de madera se quema, se convierte en agua, gas y calor, entonces, ¿por qué nadie puede agregar agua y calor al gas y hacerlo reaccionar con el trozo de madera? "¿El universo que experimentamos siempre lleva a cabo diversas acciones físicas o reacciones químicas en una dirección fija? Quizás la gente diga que es experiencia. Esto no es suficiente para mi problema. Creo que hay un principio detrás de esto y también una variable. 』

Gibbs escribió "entropía" en la pizarra. "Creo que la dirección en la que suceden las cosas en este universo no es sólo la energía básica, la temperatura, la presión y el volumen, sino también la entropía, que es necesaria para explicar la dirección de las reacciones desde un desorden bajo a un desorden alto."

Este profesor no es un psicópata, pero es reconocido como el físico matemático más grande de los Estados Unidos en el siglo XIX. Tiene una mente genial, pero a menudo piensa en preguntas estúpidas.

Niño

Gibbs nació en New Haven, Connecticut, EE. UU. el 11 de febrero de 1839. Aquí es donde se encuentra la Universidad de Yale, y su casa está al lado de la Universidad de Yale. Al estar enfermo, pasaba más tiempo en casa que en la escuela. Desde la infancia hasta la adolescencia, casi no tuvo amigos. La enfermedad le impedía jugar a la pelota y socializar. Su única actividad al aire libre era ir a los cerros cercanos y caminar solo al aire libre. y ayudarlo a desarrollar buenos hábitos de pensamiento.

Su padre es profesor en el Departamento de Clásicos de la Universidad de Yale y su madre proviene de una familia de eruditos famosos. Sus antepasados ​​fueron directores universitarios durante varias generaciones. de su larga ausencia del colegio, su padre le enseñó latín y su madre le enseñó matemáticas, convirtiéndose en su mejor maestra y amiga.

El método de enseñanza de su madre es muy especial. luego anímelo de vez en cuando, llevándolo a observar, calcular y pensar juntos hasta que encuentre la respuesta. Por ejemplo, pregúntele: "¿Cuál es la forma del tronco de un árbol?". 』

“Es redondo, mamá.』

“De verdad, ¿lo has medido? 』

“No, pero creo que es redondo.』

“¿Piensas? ¿Quieres medirlo juntos? 』……

“¿Crees que realmente no es redondo?』

“Bueno, no exactamente, ¿verdad? ¿Por qué tiene esta forma? 』

Aprender matemáticas de tu madre siempre será una pequeña clave para desbloquear los secretos de la naturaleza.

Cambios familiares

Desafortunadamente, sus padres no pudieron quedarse con él por mucho tiempo. Poco después de ingresar al departamento de ingeniería de la Universidad de Yale, ocurrió una tragedia en su familia, que repentinamente se llevó la vida de sus padres y dos hermanas. Estaba en agonía y su vida solitaria era aún más solitaria.

En el sendero del campus de Yale, un joven alto suele caminar solo bajo las hojas rojas de los arces.

A partir de entonces se convirtió en un joven que rara vez hablaba. Más tarde, los científicos se quejaron a menudo de que si Gibbs hubiera dicho más, la termodinámica tal vez no sería tan difícil de entender hoy.

Pronto apareció un hombre silencioso en la capilla de Yale, a menudo solo y orando en silencio durante largos períodos de tiempo. Los pensamientos de soledad, el cuerpo enfermo y los cambios familiares no lo deprimieron. Si está desesperado por la vida, quizás hoy nuestros libros de texto no tengan un sistema tan completo de ciencia vectorial, operaciones matriciales, dinámica y termodinámica (especialmente termodinámica). El "movimiento" y el "calor" en la ciencia provienen de su "tranquilidad" y su "frío". Aunque la protección y el compañerismo de sus padres se verán afectados por el tiempo, la protección y presencia de Dios durarán más que la de sus padres.

Gear Geometry

Gibbs salió lentamente del abismo del dolor y continuó leyendo. Mantener la excelencia en matemáticas universitarias lo hizo sentir más cómodo en el departamento de ingeniería. En la década de 1860, Estados Unidos comenzó a construir vías ferroviarias transcontinentales. El rápido desarrollo del transporte ferroviario también promovió la prosperidad del desarrollo del oeste de Estados Unidos.

El arranque y frenado del tren requieren varias marchas para su marcha. Gibbs descubrió inmediatamente que el diseño del engranaje requería una geometría que los hiciera más compactos y redujera la resistencia a la fricción entre los engranajes, lo que no solo reducía el consumo de combustible sino que también hacía que los trenes fueran más seguros al frenar repentinamente mientras viajaban rápidamente.

En la década de 1860, además del desarrollo de la ingeniería del transporte, también floreció la educación en Estados Unidos. La educación se considera la inversión más importante en el potencial de un país. En el pasado, los graduados de la escuela primaria enseñaban en escuelas primarias, los graduados de secundaria enseñaban en escuelas secundarias y los graduados universitarios enseñaban en universidades. En este momento, el concepto ha cambiado. Las calificaciones académicas son tan importantes que es necesario tener un título universitario o superior para enseñar en escuelas primarias y secundarias. Entonces, ¿quién enseñará en las universidades? Es necesario tener una formación doctoral superior. Esto se vuelve clave para la educación doctoral. Gibbs sintió que una educación universitaria le proporcionaba más libertad para pensar, por lo que continuó con sus estudios superiores. En 1863, recibió un doctorado en estudios geométricos y diseño de engranajes de trenes, el primer doctorado en la historia de Estados Unidos.

Profesor no remunerado

La investigación para mejorar los engranajes de los trenes podría traerle riqueza y fama, pero la aplicación de Gibbs a este proyecto "candente" termina ahí. Cuanto más lo pensaba, más volvía a algunos puntos conflictivos de la física tradicional que debían superarse.

"¿Cómo describir la relación entre trabajo y calor? La mecánica newtoniana tradicional no es útil para el problema del calor, y se necesita otra dirección de corte. Gibbs enseñó filosofía en la Universidad de Yale durante tres años y sintió que la El entorno que lo rodeaba no pudo ayudarle. Resolvió el problema y abandonó Yale, llevándose a sus dos hermanas restantes, Anna y Julia, a Europa, donde pudieron reanudar sus estudios y reunir a la familia. Berlín permaneció con Heisenberg durante un año, inmerso en diversas disciplinas de física y matemáticas. sobre el "calor". Esta teoría era sólo un poco rudimentaria en Europa y era un campo muy impopular.

Cuando Gibbs regresó a Yale, descubrió que la escuela le había dado este puesto a otra persona. En los últimos tres años, se había centrado demasiado en el aprendizaje y había descuidado la gestión y la comunicación. Más tarde, Yale le dio a regañadientes un profesor de "física matemática", pero no lo hizo. En su opinión, "el valor de la universidad es ese". le proporciona un lugar para pensar libremente." Durante nueve años, no recibió ningún salario en la universidad y sólo dependió de sus padres.

Labancs

Durante estos nueve años , Gibbs publicó tres obras clásicas sobre termodinámica, que envió al mundo. Se pidió la opinión de 147 científicos en los campos de la física y las matemáticas. Casi todos ellos no podían entender su teoría y no sabían quién era su pensamiento. su personalidad lo hace casi inexistente en el mundo real. ¿Quién se molestaría en leer un artículo tan desconocido?

¡Y él era el científico más destacado en ese momento, el maestro del electromagnetismo! Admiraba profundamente el artículo de Gibbs, así que subió a la cima y gritó: "La explicación de este hombre sobre el 'calor' ha superado la investigación de todos los científicos alemanes". En ese momento, todos de repente se dieron cuenta de que tenían que regresar y encontrar estos tres artículos de la pila de papeles y estudiarlos detenidamente.

En ese momento, en la recién creada Universidad Johns Hopkins en Baltimore, descubrí que Gibbs tenía una maestría, así que rápidamente lo contraté. La Universidad de Yale recordó a este profesor no remunerado durante nueve años y sólo le dio dos tercios del salario de la Universidad Johns Hopkins. Gibbs, que sentía nostalgia, se quedó en Yale y aceptó un trabajo peor remunerado.

Si miramos su comportamiento y decisiones desde una perspectiva financiera, ¡pensaremos que está loco o que es una persona inapropiada!

A los ojos de los estudiantes, es un profesor extraño. A menudo lo veo sentado en el escritorio y mirando el pizarrón frente a él durante mucho tiempo; a veces escribo algunas fórmulas matemáticas en el pizarrón y luego regreso a mi escritorio y murmuro para mis adentros por un rato, de lo contrario; simplemente mantén la cabeza gacha. Movía la cabeza lentamente hacia adelante y hacia atrás; si un estudiante le hacía algunas preguntas en las que no había pensado de antemano, a menudo gruñía y se negaba a responder. Él cree que "los profesores no alimentan a los estudiantes con cucharas, sino que agudizan el pensamiento de los estudiantes con mayor precisión. Sólo acepta los problemas en los que él ha pensado".

¿Qué son las matemáticas?

Gibbs cree que “las matemáticas son un lenguaje, y el propósito de aprender matemáticas es ayudar a los estudiantes a utilizar este lenguaje para tener conversaciones más precisas con la naturaleza”. idea "Implementación", "Aprender matemáticas depende de la concentración". Me gustan las matemáticas porque amo la verdad. Las matemáticas no permiten ambigüedades ni conclusiones apresuradas. Si la verdad es una meta, entonces en el mundo de las matemáticas las inferencias vagas nunca podrán dar en el blanco de la verdad. A largo plazo, el aprendizaje de matemáticas, a diferencia de la política o los negocios, es necesario promoverlo. Las matemáticas son correctas siempre que sean correctas.

Gibbs murió el 28 de abril de 1903. Sus alumnos obedecieron sus órdenes y le recitaron algunas escrituras en la capilla de Yale y cantaron algunos de sus himnos favoritos. Permaneció soltero, dedicó su vida a explorar la belleza de las matemáticas y la termodinámica y enseñó a estudiantes en la Universidad de Yale.