克劳修斯

　　德国数学家鲁道夫·尤利乌斯·埃马努埃尔·克劳修斯（1822年1月2日－1888年8月24日），德国物理学家和数学家，热力学的主要奠基人之一。他重新陈述了萨迪·卡诺的定律（又被称为卡诺循环），把热理论推至一个更真实更健全的基础。

　　克劳修斯生于波美拉尼亚省的克斯林市，在他父亲的学校开始接受教育。几年之后，他去了什切青市就读文理中学，1844年从柏林大学毕业，他在大学学习的是数学和物理，同学中有海因里希·马格努斯（Heinrich Magnus）、约翰·彼得·狄利克雷及雅各·施泰纳（Jakob Steiner），也跟兰克学习过历史。1847年，他完成对地球大气的光学研究从哈雷大学取得了博士学位，之后当上了德国皇家炮兵工科学院的物理学教授及柏林大学的无俸讲师。1855年至1867年在苏黎世联邦理工学院担任教授，其后移居至维尔茨堡，两年后的1869年又移居波恩。

　　1870年克劳修斯在普法战争中组织了一支救伤队，在战争中受了伤，持久伤残，因此被授予铁十字勋章。

　　他的妻子阿德莱德·丽姆普兰姆（Adelheid Rimpham）于1875年难产而死，留下他独力抚养六个孩子。但他仍继续教学，只是从此研究时间就少了。克劳修斯于波恩去世。

　　克劳修斯在他关于光折射的博士论文中提出，我们白天看见蓝天空，日出及日落时看见各种红天空（以及其他一些现象），都是由光的折射和反射导致的。以后，瑞利勋爵提出这其实是由光的散射所导致的，但无论如何，克劳修斯所采取的研究方法比之前的相关研究要数学化得多。

　　他最有名的论文《论热的移动力及可能由此得出的热定律》（Über die bewegende Kraft der Wärme）于1850年发表，其中涉及到热的力学理论。在这篇论文中，他提出了卡诺的定律与能量守恒的概念不一致，克劳修斯重新陈述了两条热力学定律以克服这个矛盾（第三定律由瓦尔特·能斯特于1906年至1912年间发表）。这篇论文使得他的科学事业开始起飞。

　　克劳修斯在1857年改进了奥古斯特·克罗尼格（August Krönig）非常简单的气体运动模型，引进了分子的平移、旋转及振动运动，对分子运动论领域作出了贡献。在同一份研究中他还引进了一粒子的平均自由径概念。

　　克劳修斯从热力学中推论出克劳修斯-克拉佩龙方程，这个关系是一种描述两态之间相变的方式，例如固态及液态，最初由埃米勒·克拉伯隆于1834年发表。

　　克劳修斯主要从事分子物理、热力学、蒸汽机理论、理论力学、数学等方面的研究，特别是在热力学理论、气体动理论方面建树卓著。他是历史上第一个精确表示热力学定律的科学家。1850年与兰金（William　John　Ma－Zquorn　Rankine，1820～1872）各自独立地表述了热与机械功的普遍关系──热力学第一定律，并且提出蒸汽机的理想的热力学循环（兰金－克劳修斯循环）。1850年克劳修斯发表《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》的论文。他从热是运动的观点对热机的工作过程进行了新的研究。论文首先从焦耳确立的热功当量出发，将热力学过程遵守的能量守恒定律归结为热力学第一定律，指出在热机作功的过程中一部分热量被消耗了，另一部分热量从热物体传到了冷物体。这两部分热量和所产生的功之间存在关系：。式中dQ是传递给物体的热量，dW表示所作的功，U是克劳修斯第一次引人热力学的一个新函数，是体积和温度的函数。后来开尔文把U称为物体的能量，即热力学系统的内能。论文的第二部分，在卡诺定理的基础上研究了能量的转换和传递方向问题，提出了热力学第二定律的最著名的表述形式（克劳修斯表述）：热不能自发地从较冷的物体传到较热的物体。因此克劳修斯是热力学第二定律的两个主要奠基人（另一个是开尔文）之一。

　　在发现热力学第二定律的基础上，人们期望找到一个物理量，以建立一个普适的判据来判断自发过程的进行方向。克劳修斯首先找到了这样的物理量。1854年他发表《力学的热理论的第二定律的另一种形式》的论文，给出了可逆循环过程中热力学第二定律的数学表示形式：，而引入了一个新的后来定名为熵的态参量。1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》的论文，把这一新的态参量正式定名为熵。并将上述积分推广到更一般的循环过程，得出热力学第二定律的数学表示形式：≤0等号对应于可逆过程，不等号对应于不可逆过程。这就是著名的克劳修斯不等式。利用熵这个新函数，克劳修斯证明了：任何孤立系统中，系统的熵的总和永远不会减少，或者说自然界的自发过程是朝着熵增加的方向进行的。这就是“熵增加原理”，它是利用熵的概念所表述的热力学第二定律。后来克劳修斯不恰当地把热力学第二定律推广到整个宇宙，提出所谓“热寂说”。