Введение

Британский физик и изобретатель американского происхождения, сэр Бенджамин Томпсон, граф Румфорд, FRS (Reichsgraf von Rumford; 26 марта 1753 – 21 августа 1814) – британский физик, родившийся в колониальном Массачусетсе, и изобретатель, чьи работы, бросавшие вызов общепринятым физическим теориям, стали частью революции в термодинамике XIX века. Во время войны за независимость США он служил подполковником Королевских американских драгунов, входивших в состав британских сил, лояльных короне. После окончания войны он переехал в Лондон, где его административные способности были оценены по достоинству, и он был произведен в полковники, а в 1784 году получил рыцарский титул от короля Георга III. Томпсон был плодовитым конструктором и разрабатывал проекты военных кораблей. Позже он переехал в Баварию, поступил на государственную службу, был назначен министром армии Баварии и провел реорганизацию армии, а в 1792 году получил титул графа Священной Римской империи.

Ранние годы

Томпсон родился в сельской местности Уобёрн, в провинции Массачусетс-Бей, 26 марта 1753 года; его место рождения сохранилось как музей. Он получил образование преимущественно в деревенской школе, хотя иногда проходил почти десять миль до Кембриджа вместе со старшим Лоамми Болдуином, чтобы посещать лекции профессора Джона Уинтропа из Гарвардского колледжа. В возрасте 13 лет он стал учеником Джона Эпплтона, купца из соседнего Салема. Томпсон преуспел в своем деле и, впервые общаясь с утонченными и образованными людьми, перенял многие их черты, включая интерес к науке. Во время выздоровления в Уобёрне в 1769 году после травмы Томпсон проводил эксперименты, касающиеся природы тепла, и начал переписываться с Лоамми Болдуином и другими по этому поводу. Позже в том же году он несколько месяцев работал у торговца в Бостоне, а затем ненадолго и безуспешно был учеником врача в Уобёрне. В 1772 году перспективы Томпсона были неясными, но в том же году они резко изменились. Он встретил, покорил и женился на богатой и влиятельной вдове, наследнице по имени Сара Ролф (урождённая Уокер). Ее отец был пастором, а покойный муж оставил ей поместье в Рамфорде, провинция Нью-Гэмпшир, которое сегодня находится в современном городе Конкорд. Они переехали в Портсмут, и благодаря влиянию жены на губернатора он был назначен майором ополчения Нью-Гэмпшира. Их дочь (также названная Сарой) родилась в 1774 году.

Американская революционная война

Когда началась война за независимость США, Томпсон был состоятельным и уважаемым человеком в Новой Англии и выступал против восстания. Он активно занимался вербовкой лоялистов для борьбы с повстанцами. Это навлекло на него враждебность со стороны влиятельной партии, и толпа напала на дом Томпсона. Он бежал к британским войскам, оставив свою жену, как впоследствии выяснилось, навсегда. Томпсон был радушно принят британцами, которым предоставил ценную информацию об американских силах, и стал советником генерала Томаса Гейджа и лорда Джорджа Джермена. В 1781 году он основал лоялистский военный отряд – "Американские драгуны короля", который в основном действовал на Лонг-Айленде в 1782 и начале 1783 года, где приобрел дурную славу за разрушение церкви и кладбища с целью возведения форта Голгофа в Хантингтоне. Работая с британской армией в Америке, он проводил эксперименты по измерению силы пороха, результаты которых получили широкое признание после публикации в 1781 году в "Философских трудах Королевского общества". Благодаря этому он прибыл в Лондон в конце войны, имея репутацию ученого.

Баварская срочность

В 1785 году он переехал в Баварию, где стал адъютантом князя-выборщика Карла Теодора. Он провёл одиннадцать лет в Баварии, реорганизуя армию и основывая работные дома для бедных. Он также изобрел "суп Рамфорда" – суп для нуждающихся, и внедрил выращивание картофеля в Баварии. Он изучал методы приготовления пищи, отопления и освещения, включая сравнительную стоимость и эффективность восковых, жировых и масляных ламп. По поручению принца Карла он создал Английский сад в Мюнхене в 1789 году; он сохранился до наших дней и известен как один из крупнейших городских общественных парков в мире. В 1789 году он был избран иностранным почётным членом Американской академии искусств и наук. В 1791 году, за свои заслуги, Томпсон был возведён в графское достоинство Священной Римской империи, став рейхсграфом фон Рамфорд (англ. Imperial Count of Rumford). Он принял имя "Рамфорд" в честь города Рамфорд, штат Нью-Гэмпшир, прежнего названия Конкорда, где он заключил брак.

Эксперименты с теплом

Его эксперименты в области артиллерии и взрывчатых веществ привели к интересу к теплоте. Он разработал метод измерения удельной теплоёмкости твёрдого вещества, но был разочарован, когда Йохан Вилке первым опубликовал аналогичное открытие. Затем Томпсон исследовал теплоизоляционные свойства различных материалов, включая мех, шерсть и перья. Он верно подметил, что теплоизоляционные свойства этих природных материалов обусловлены тем, что они препятствуют конвекции воздуха. После этого он сделал несколько опрометчивый и ошибочный вывод о том, что воздух и, вообще, все газы являются идеальными непроводниками тепла. Он также рассматривал это как доказательство аргумента о целесообразности, утверждая, что божественное провидение позаботилось о том, чтобы шерсть на животных обеспечивала им комфорт. В 1797 году он распространил своё утверждение о непроводности на жидкости. Эта идея вызвала значительные возражения в научном сообществе, особенно резкую критику высказали Джон Дальтон и Джон Лесли. Для подтверждения утверждения Томпсона потребовалось бы оборудование, значительно превосходящее всё доступное по точности и прецизионности. Вновь он, по-видимому, находился под влиянием своих теологических убеждений и, вероятно, стремился придать воде особый и провиденциальный статус в регулировании человеческой жизни. Его считают основателем метода приготовления пищи sous vide благодаря эксперименту с бараньей лопаткой. Он описал этот метод в одном из своих эссе.

Механический эквивалент тепла

Самая важная научная работа Рамфорда была проведена в Мюнхене и была сосредоточена на природе тепла, о котором он утверждал в "Экспериментальном исследовании источника тепла, возникающего при трении" (1798), что это не калории, принятые в то время в научном сообществе, а форма движения. Рамфорд наблюдал тепло, выделяемое при нарезании каналов в пушечных стволах на мюнхенском арсенале. Он погрузил пушечный ствол в воду и использовал специально притупленный инструмент для нарезания. Он показал, что воду можно довести до кипения примерно за два с половиной часа и что количество тепла, выделяемого трением, казалось бы, неисчерпаемо. Рамфорд подтвердил, что в материале пушки не произошло никаких физических изменений, сравнив удельные теплоемкости материала, удаленного при обработке, и оставшегося. Рамфорд утверждал, что кажущееся неограниченное выделение тепла несовместимо с теорией калорий. Он утверждал, что единственное, что передается стволу, – это движение. Рамфорд не предпринимал попыток более точно количественно оценить выделяемое тепло или измерить механический эквивалент тепла. Хотя эта работа была встречена враждебно, впоследствии она сыграла важную роль в установлении законов сохранения энергии в XIX веке.

Тепловое и холодное излучение

Он объяснил эксперимент Пикте, который демонстрирует отражение холода, предположив, что все тела излучают невидимые лучи – волны в эфирной жидкости. Он провёл эксперименты в поддержку своих теорий о тепловом и холодовом излучении и утверждал, что передача тепла является результирующим эффектом тепловых (горячих) и холодовых (холодных) лучей, а также лучей, испускаемых самим объектом. Когда объект поглощает излучение от более тёплого объекта (тепловые лучи), его температура повышается, а когда поглощает излучение от более холодного объекта (холодовые лучи) – понижается. См. примечание 8, «Исследование о природе тепла и способах его передачи» в «Философских трудах Королевского общества», начиная со страницы 112.

Изобретения и улучшения конструкции

Томпсон был активным и плодовитым изобретателем, разрабатывавшим улучшения для дымоходов, каминов и промышленных печей, а также изобретшим двойной котел, кухонную плиту и кофеварку-капельник примерно между 1810 и 1814 годами. Он изобрел кофеварку с фильтрацией после своей новаторской работы в баварской армии, где улучшил питание и одежду солдат. Камин Рамфорда произвел фурор в Лондоне, когда он предложил идею сужения отверстия дымохода для увеличения тяги, что было гораздо более эффективным способом обогрева помещения, чем в прежних каминах. Он и его помощники модернизировали камины, вставляя кирпичи в топку, чтобы сделать боковые стенки наклонными, и добавили заслонку в дымоход для увеличения скорости движения воздуха по дымоходу. Это обеспечивало обтекаемый воздушный поток, благодаря которому весь дым уходил в трубу, а не задерживался и попадал в комнату. Это также повышало эффективность горения и обеспечивало дополнительный контроль над скоростью сгорания топлива – дров или угля. Многие модные лондонские дома были переделаны по его чертежам и стали бездымными.

Промышленные печи

Томпсон также значительно усовершенствовал конструкцию печей для производства негашеной извести, и вскоре по всей Европе начали строить печи Рамфорда. Ключевым нововведением было разделение топлива и известняка, чтобы известь, полученная в результате нагрева, не была загрязнена золой.

Свет и фотометрия

Рамфорд работал в области фотометрии, измерения света. Он сконструировал фотометр и ввел стандартную свечу, предшественницу канделы, в качестве единицы силы света. Его стандартная свеча изготавливалась из масла кашалота по жестким требованиям. Он также опубликовал исследования "иллюзорных" или субъективных дополнительных цветов, возникающих из-за теней, создаваемых двумя источниками света – одним белым и одним цветным; эти наблюдения были упомянуты и обобщены Мишелем Эженом Шеврёлем в его "законе одновременного цветового контраста" в 1839 году.

Поздние годы

После 1799 года он разделил свое время между Францией и Англией. В 1799 году вместе с сэром Джозефом Бэнксом основал Королевский институт Великобритании. Первым лектором стал сэр Хамфри Дэви. Институт процветал и стал всемирно известным благодаря новаторским исследованиям Дэви. Его помощник, Майкл Фарадей, превратил Институт в ведущую исследовательскую лабораторию, а также прославил его серией публичных лекций, популяризирующих науку. Эта традиция сохраняется и по сей день, и Рождественские лекции Королевского института привлекают большую аудиторию благодаря телевизионным трансляциям. Томпсон учредил медали Рамфорда Королевского общества и Американской академии искусств и наук, а также Румфордовскую кафедру физики в Гарвардском университете. В 1803 году он был избран иностранным членом Королевской шведской академии наук и членом Американского философского общества. После нескольких романов и близкой дружбы с Мэри Темпл, виконтессой Палмерстон, в 1804 году он женился на Мари-Анне Лавуазье, вдове великого французского химика Антуана Лавуазье. (Его американская жена Сара, которую он оставил в начале Американской революции, умерла в 1792 году.) Томпсон расстался со своей второй женой через три года, но поселился в Париже и продолжал заниматься наукой до своей смерти 21 августа 1814 года. Томпсон похоронен на небольшом кладбище Отей в Париже, напротив Адриена Мари Лежандра. После его смерти его дочь от первого брака, Сара Томпсон, унаследовала его титул графини Рамфорд.

Почести

Полковник американских драгун короля. Возведён в рыцари в 1784 году. Граф Священной Римской империи, 1791 год. Кратер Рэмфорд на Луне назван в его честь. Разрыхлитель Рэмфорда (запатентован в 1859 году) назван в его честь, так как был изобретён бывшим профессором, обучавшимся у Рэмфорда в Гарвардском университете, Эбеном Нортоном Хорсфордом (1818–1893), сооснователем химического завода Rumford Chemical Works в Ист-Провиденсе, штат Род-Айленд. Кухня Рэмфорда на Всемирной выставке в Чикаго, 1893 год. Улица в центре Мюнхена названа в его честь. Улица Рэмфорд (и расположенный рядом переулок Рэмфорд) в Ливерпуле, Англия, получили своё название благодаря суповой кухне, основанной по проекту графа Рэмфорда, которая ранее располагалась на земле, прилегающей к улице Рэмфорд. Речь Посполитая: Орден Белого Орла (1789).