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.
Sir Benjamin Thompson, Count Rumford, FRS (Reichsgraf von Rumford; March 26, 1753August 21, 1814) was a British physicist, born in Colonial Massachusetts, and inventor whose challenges to established physical theory were part of the 19th century revolution in thermodynamics. He served as lieutenant colonel of the King's American Dragoons, part of the British Loyalist forces, during the American Revolutionary War. After the end of the war he moved to London, where his administrative talents were recognized when he was appointed a full colonel, and in 1784 he received a knighthood from King George III. A prolific designer, Thompson also drew designs for warships. He later moved to Bavaria and entered government service there, being appointed Bavarian Army Minister and re organizing the army, and, in 1792, was made a Count of the Holy Roman Empire.
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).