Маккорн Ренкин - Macquorn Rankine

Уильям Джон Маккорн Ренкин
Уильям Рэнкин 1870s3.jpg
Уильям Джон Маккорн Ренкин
Родившийся(1820-07-05)5 июля 1820 г.
Эдинбург, Шотландия
Умер24 декабря 1872 г.(1872-12-24) (52 года)
Глазго, Шотландия
НациональностьШотландский
Альма-матерЭдинбургский университет
Известен
НаградыКейт Медаль (1854)
Научная карьера
ПоляФизика, инженерное дело, гражданское строительство
УчрежденияУниверситет Глазго
Под влияниемПьер Дюэм

Уильям Джон Маккорн Ренкин FRSE ФРС (/ˈрæŋkɪп/; 5 июля 1820 - 24 декабря 1872) был шотландским инженером-механиком, который также внес свой вклад в гражданское строительство, физика и математика. Он был одним из основателей, с Рудольф Клаузиус и Уильям Томсон (Лорд Кельвин), науке о термодинамика, уделяя особое внимание первому из трех термодинамических законов. Он разработал Шкала Ренкина, эквивалент Шкала Кельвина температуры, но в градусах Фаренгейта, а не по Цельсию.

Ренкин разработал полную теорию паровой двигатель да и вообще всех тепловых двигателей. Его руководства по инженерной науке и практике использовались в течение многих десятилетий после их публикации в 1850-х и 1860-х годах. Он опубликовал несколько сотен статей и заметок на научные и инженерные темы, начиная с 1840 года, и его интересы были чрезвычайно разнообразны, в том числе в юности: ботаника, теория музыки и теория чисел, а в зрелые годы - большинство основных областей науки, математики и инженерии.

Он был увлеченным певцом-любителем, пианистом и виолончелистом, сочинявшим собственные юмористические песни.

Жизнь

Рэнкин родился в Эдинбург лейтенанту Дэвиду Рэнкину (sic), инженеру-строителю с военным прошлым, который позже работал в Эдинбурге, чтобы Далкейт Железная дорога (местно известная как Невинная железная дорога).[1][2] Его матерью была Барбара Грэхем из известной юридической и банковской семьи.

Его отец путешествовал по Шотландии по различным проектам, и семья переехала вместе с ним. Первоначально Уильям получил домашнее образование, но позже посещал Эр Академия (1828–29), а затем Средняя школа Глазго (1830 г.). Примерно в 1830 году семья переехала в Эдинбург, когда отец получил должность управляющего Эдинбургской железной дорогой Далкейт. Семья тогда жила по адресу Арнистон Плейс, 2.[3]

В 1834 г. его отправили в Шотландская военно-морская и военная академия на Лотиан-роуд в Эдинбурге[4] с математиком Джорджем Ли. К тому году Уильям уже хорошо разбирался в математике и получил в подарок от дяди: Исаак Ньютон с Principia (1687) на оригинальной латыни.

В 1836 году Ренкин начал изучать широкий спектр научных тем в Эдинбургский университет, включая естественная история под Роберт Джеймсон и естественная философия под Джеймс Дэвид Форбс. По версии Forbes, он был награжден призами за статьи о методах физического исследования и волновая (или волновая) теория света. Во время каникул он помогал своему отцу, который с 1830 года был менеджером, а позже эффективным казначеем и инженером. Эдинбург и Далкейт железная дорога который принес уголь в растущий город. Он покинул Эдинбургский университет в 1838 году, не получив ученой степени (что в то время не было необычным), и, возможно, из-за стесненных семейных финансов, стал ученым. ученик сэру Джон Бенджамин Макнейл, который был в то время инспектором Ирландская железнодорожная комиссия. Во время учебы он разработал технику, позже известную как Метод Ренкина, для прокладки железнодорожных поворотов, полностью используя теодолит и существенно улучшив точность и производительность по сравнению с существующими методами. Фактически, эта техника одновременно использовалась другими инженерами - и в 1860-х годах возник небольшой спор о приоритете Ранкина.

1842 год также ознаменовал собой первую попытку Ренкина уменьшить феномен высокая температура к математический формы, но он был разочарован отсутствием экспериментальных данных. Позднее в том же году во время визита королевы Виктории в Шотландию он организовал большой костер расположен на Сиденье Артура с излучающими воздуховодами под топливо. Костер послужил маяком для зажигания цепочки других костров по всей Шотландии.

В 1850 году он был избран членом Королевское общество Эдинбурга его предложивший был проф Джеймс Дэвид Форбс. Он выиграл Общество Кейт Приз за период 1851–53 гг. Он был вице-президентом Общества с 1871 по 1872 год.[2]

С 1855 г. он был профессором гражданского строительства и механики в Университет Глазго.[2]

Он умер на улице Альбион-Кресент, 8 (теперь она называется Дауэнсайд-роуд), Дованхилл, Глазго, в 23:45 в канун Рождества 24 декабря 1872 года, в возрасте всего 52 лет.[5] Он не был женат и не имел детей. Его смерть зарегистрировал его дядя Алекс Грэм (зять его покойной матери).

Термодинамика

Неустрашимый,[требуется разъяснение ] Рэнкин вернулся к своему юношескому увлечению механикой Тепловой двигатель. Хотя его теория циркулирующих потоков упругих вихрей, объемы которых самопроизвольно адаптировались к окружающей среде, кажется ученым фантастической, сформированной на основе современной теории, к 1849 году ему удалось найти взаимосвязь между давление насыщенного пара и температура. В следующем году он использовал свою теорию, чтобы установить взаимосвязь между температурой, давление и плотность из газы, и выражения для скрытая теплота из испарение из жидкость. Он точно предсказал тот удивительный факт, что очевидное удельная теплоемкость из насыщенный пар будет отрицательным.[6]

Ободренный своим успехом, в 1851 году он приступил к расчету эффективности тепловых двигателей и использовал свою теорию в качестве основы для вывода принципа, согласно которому максимально возможный КПД любого теплового двигателя зависит только от двух температур, между которыми он работает. . Хотя аналогичный результат уже был получен Рудольф Клаузиус и Уильям Томсон Рэнкин утверждал, что его результат основан только на его гипотезе о молекулярных вихрях, а не на теории Карно или каком-либо другом дополнительном предположении. Эта работа стала первым шагом на пути Рэнкина к разработке более полной теории тепла.

Позже Ренкин переработал результаты своих молекулярных теорий в терминах макроскопического объяснения энергия и его трансформации. Он определил и различал фактическая энергия который терялся в динамических процессах и потенциальная энергия которой он был заменен. Он предположил, что сумма двух энергий постоянна, идея уже, хотя, конечно, ненадолго, известна в законе сохранение энергии. С 1854 г. он широко использовал свои термодинамическая функция который он позже понял, был идентичен энтропия Клаузиуса. К 1855 году Ренкин сформулировал наука о энергетика который дает объяснение динамики с точки зрения энергии и ее преобразований, а не сила и движение. Эта теория имела большое влияние в 1890-х годах. В 1859 г. он предложил Шкала Ренкина температуры, абсолютной или термодинамической шкалы, степень которой равна Фаренгейт степень.

Энергетика предложила Рэнкину альтернативный и более распространенный подход к его науке, а с середины 1850-х годов он стал гораздо меньше использовать свои молекулярные вихри. Тем не менее, он по-прежнему утверждал, что работа Максвелла по электромагнетизму фактически является продолжением его модели. А в 1864 году он утверждал, что микроскопические теории тепла, предложенные Клаузиусом и Джеймс Клерк Максвелл, основанные на линейном движении атомов, были недостаточными. Лишь в 1869 году Ранкин признал успех этих конкурирующих теорий. К тому времени его собственная модель атома стала почти идентичной модели Томсона.

Как и было его постоянной целью, особенно как преподаватель инженерного дела, он использовал свои собственные теории для получения ряда практических результатов и разъяснения их физических принципов, включая:

  • В Уравнение Ренкина – Гюгонио для распространения ударные волны, определяет поведение ударных волн, нормальных набегающему потоку. Он назван в честь физика Ренкина и французского инженера. Пьер Анри Гюгонио;
  • В Цикл Ренкина, анализ идеального теплового двигателя с конденсатором. Как и другие термодинамические циклы, максимальная эффективность цикла Ренкина определяется путем расчета максимальной эффективности Цикл Карно;
  • Свойства пара, газов и паров.

История роторная динамика изобилует взаимодействием теории и практики. Ренкин впервые провел анализ вращающийся вал в 1869 году, но его модель не была адекватной, и он предсказал, что сверхкритические скорости не могут быть достигнуты.

Исследования усталости

Рисунок усталостного разрушения оси, 1843 год.

Рэнкин был одним из первых инженеров, которые осознали, что усталость отказы железнодорожных осей были вызваны зарождением и ростом хрупких трещин. В начале 1840-х годов он исследовал много сломанных осей, особенно после Крушение поезда Версаль 1842 года, когда ось локомотива внезапно сломалась, что привело к гибели более 50 пассажиров. Он показал, что оси вышли из строя из-за прогрессирующего роста хрупкой трещины на плече или в другом месте. концентрация напряжения источник на валу, например шпоночный паз. Его поддержал аналогичный прямой анализ неисправных осей. Джозеф Глинн, где оси вышли из строя из-за медленного роста хрупкой трещины в процессе, теперь известном как усталость металла. Вероятно, что передняя ось одного из локомотивов, участвовавших в Крушение поезда Версаль потерпели неудачу аналогичным образом. Рэнкин представил свои выводы в документе, переданном в Институт инженеров-строителей. Его работа была проигнорирована, однако, многими инженерами, которые упорно веря, что стресс может привести к «повторной кристаллизации» металл, миф, который сохранялся даже в последнее время. Теория перекристаллизации была совершенно неверной и препятствовала проведению стоящих исследований до тех пор, пока работа Уильям Фэйрбэрн несколько лет спустя, что показало ослабление эффекта многократного изгиба на больших балках. Тем не менее усталость остается серьезным и малоизученным явлением и является основной причиной многих аварий на железных дорогах и в других местах. Это все еще серьезная проблема, но, по крайней мере, сегодня ее гораздо лучше понимают, и поэтому ее можно предотвратить путем тщательного проектирования.

Другая работа

Ренкин в 1870-х годах

Ренкин служил Regius профессор гражданского строительства и механики на Университет Глазго с ноября 1855 года до своей смерти в декабре 1872 года, проводя инженерные исследования по ряду направлений в гражданском и машиностроение.

Ренкин сыграл важную роль в формировании предшественника Корпус подготовки офицеров Университета Глазго 2-й Ланаркширский стрелковый добровольческий корпус в Университете Глазго в июле 1859 года, став майором в 1860 году после того, как он был преобразован в первую роту 2-го батальона 1-го Ланаркширского стрелкового добровольческого корпуса; он служил до 1864 года, когда ушел в отставку из-за загруженности работой - большая часть которой была связана с военно-морской архитектурой.

Гражданское строительство

В Лекции Ренкина, организованный Британская геотехническая ассоциация, названы в знак признания значительного вклада Рэнкина в:

Военно-морская архитектура

Рэнкин тесно сотрудничал с кораблестроителями Клайда, особенно со своим другом и соратником на протяжении всей жизни. Джеймс Роберт Напье, превратить военно-морскую архитектуру в инженерное дело. Он был одним из основателей и первым президентом[7] из Институт инженеров и судостроителей в Шотландии в 1857 году. Он был одним из первых членов Королевский институт военно-морских архитекторов (основан в 1860 г.) и присутствовал на многих его ежегодных собраниях. С Уильямом Томсоном и другого Ренкин был членом комиссия по расследованию в спорное потопление HMS Капитан.

Награды и награды

Публикации

Книги
  • Руководство по прикладной механике (1858)
  • Руководство по паровозу и другим основным движителям (1859)
  • Руководство гражданского строительства (1861)
  • Судостроение, теоретическое и практическое (1866)
  • Руководство по машинам и столярным изделиям (1869)
Статьи
О Рэнкине
  • Рэнкин, Уильям Джон МакКуорн (1881). Разные научные статьи. Лондон: Чарльз Гриффин и компания.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ [email protected]. «Зал славы шотландских инженеров». www.engineeringhalloffame.org. Получено 9 апреля 2018.
  2. ^ а б c Биографический указатель бывших членов Королевского общества Эдинбурга 1783–2002 гг. (PDF). Королевское общество Эдинбурга. Июль 2006 г. ISBN  0 902 198 84 Х.
  3. ^ Справочник почтового отделения Эдинбурга 1831 г.
  4. ^ Справочник почтового отделения Эдинбурга 1830 г.
  5. ^ Смерти в округе Партик, 1872 г., стр. 199, Национальные отчеты Шотландии 646/3 597
  6. ^ Ренкин, Уильям (1850). «О механическом воздействии тепла, особенно в газах и парах». Сделки Королевского общества Эдинбурга. 20: 147–190. Дои:10.1017 / S008045680003307X.
  7. ^ «Прошлые президенты IESIS». iesis.org. 2012. Получено 6 мая 2012.
  8. ^ «Библиотечно-архивный каталог». Королевское общество. Получено 4 октября 2010.[постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ www.iesis.org. «Зал славы шотландских инженеров». www.engineeringhalloffame.org. Получено 9 апреля 2018.
  10. ^ Ренкин, W (1853). «Об общем законе преобразования энергии». Философский журнал. 4. 5 (30): 106. Дои:10.1080/14786445308647205. Получено 17 марта 2014.

внешняя ссылка