أعمال بنجامين طومسون في الفيزياء

أعمال بنجامين طومسون في الفيزياء

أعمال بنجامين طومسون في الفيزياء

من هو بنجامين طومسون؟

هو عالم فيزيائي، ولد في السادس والعشرين من مارس لعام 1753 م في ولاية ماساتشوستس بالولايات المتحدة الأمريكية. وبعد قيام الثورة الأمريكية انتقل بنجامين طومسون للإقامة في المملكة المتحدة (إنجلترا). درس طومسون في كلية هارفارد العريقة، وبعد ذلك تخصص في الفيزياء والهندسة وتفرغ للاكتشافات الفيزيائية آنذاك. عمل بنجامين طومسون كموظف في الجمعية الملكية، وتقلد العديد من المناصب منها عضو في الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم، وعضو في الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، وعضو في الأكاديمية البروسية للعلوم.

حاز بنجامين طومسون على لقب الكونت رمفورد بعد خدمته للدوق بافاريا عدة سنوات أثناء اقامته في أوروبا القارية وذلك في عام 1800م. كما حصل قبل ذلك على وسام كوبلي في عام 1792م، بالإضافة إلى حصوله على زمالة الجمعية الملكية، ونيشان فرسان العقاب الأبيض، بالإضافة إلى العديد من الجوائز الشرفية الأخرى. لقد عمل بنجامين طومسون العديد من الأبحاث في الفيزياء، والتي كانت أحد أطراف ثورة الديناميكا الحرارية التي ظهرت خلال القرن التاسع عشر. وقد شهد يوم الواحد والعشرين من أغسطس لعام 1814م وفاة الفيزيائي بنجامين طومسون عن عمر يناهز واحد وستين عاماً.

نظرية الكالوريك

بدأت الديناميكا الحرارية في الظهور أواخر القرن الثامن عشر الميلادي، وتختص بدراسة تحولات الطاقة الحرارية إلى أعمال ميكانيكية. وكان العلم ينظر في هذا الوقت إلى الحرارة على أنها أحد صور المادة ولم يتم تصنيفها على أنها أحد صور الطاقة إلا بحلول القرن التاسع عشر بعد ظهور الديناميكا الحرارية. وقد كان اتجاه العلماء في ذلك الوقت إلى محاولة تفسير الطبيعة الفيزيائية للحرارة، وبناء على ذلك تم تطبيق عدة نظريات من بعض العلماء وكان من أبرزها نظرية الكالوريك التي دحضها بنجامين طومسون بعد ذلك.  

لقد سادت هذه النظرية خلال القرن الثامن عشر الميلادي، حيث تقوم على فرضين أساسيين هما: الأول يزعم أن الكالوريك عبارة عن مائع يتميز بقدرته الفائقة على اختراق كافة الفراغات والانسياب في جميع الأجسام. أما الثاني فيزعم قدرة الكالوريك على انجذابه إلى المادة وتنافره مع نفسه. وقد تم تقسيم الكالوريك بواسطة العالم جوزيف بلاك إلى نوعين: الأول هو الكالوريك المحسوس الذي يرتبط بدرجة الحرارة والثاني هو الكالوريك الكامن والذي له علاقة بتغير الطور. وقد فسرت هذه النظرية العديد من الظواهر اعتمادا على تنافر الكالوريك وتجاذبه، مثل تبخر المواد السائلة أثناء تعرضها للحرارة.

أعمال بنجامين طومسون في الفيزياء

كان الشغل الشاغل لبنجامين طومسون أثناء توليه عملية الاشراف على ثقب مواسير المدافع العملاقة هو محاولة دحض نظرية الكالوريك لعدم اقتناعه بها. تمكن بنجامين طومسون في نهاية القرن الثامن عشر من اجراء العديد من التجارب التي استطاع أن يثبت من خلالها العلاقة الوثيقة بين عمل المثقاب ودرجة الحرارة. وبذلك هاجم نظرية الكالوريك عن طريق نبذه لفكرة توليد الحرارة من مصدر محدود للكالوريك مثل المعدن والتي تبنتها نظرية الكالوريك. استطاع بنجامين طومسون من خلال تجاربه اثبات أن الحرارة تنتج بواسطة الحركة الجزيئية للمادة وليس لها علاقة بوجود مادة عديمة الوزن مثل الكالوريك.

وفي عام 1798م، استطاع بنجامين طومسون أن يوضح العلاقة بين الحرارة وصور الطاقة الأخرى، وذلك بإثباته أن توليد الحرارة يتناسب طرديا مع مقدار الشغل المبذول. وهذا ما قام جول بإثباته عملياًّ في القرن التاسع عشر، وبذلك وضع أول قوانين الديناميكا الحرارية والذي يوضح أن الحرارة عبارة عن طاقة ميكانيكية داخلية تنتج عن الحركة الاهتزازية لجزيئات المادة، وبذلك تُعد أبحاث بنجامين طومسون أولى الخطوات لظهور الديناميكا الحرارية.