Вальтер Герман Нернст ForMemRS ( немецкое произношение: [ˈvaltɐ ˈnɛʁnst] ; 25 июня 1864 – 18 ноября 1941) был немецким физико-химиком,известным своими работами в областитермодинамики,физической химии,электрохимииифизики твёрдого тела. Его формулировкатеоремы Нернста о теплепомогла проложить путь ктретьему закону термодинамикиНобелевскую премию по химии1920 года. Он также известен разработкойуравнения Нернстав 1887 году.
Он изучал физику и математику в университетах Цюриха , Берлина , Граца и Вюрцбурга , где в 1887 году получил докторскую степень . [3] В 1889 году он закончил хабилитацию в Лейпцигском университете .
Нернст родился в Бризене, Германия (ныне Вонбжезьно , Польша) в семье Густава Нернста (1827–1888) и Оттилии Нергер (1833–1876). [4] [5] Его отец был сельским судьей. У Нернста было три старшие сестры и один младший брат. Его третья сестра умерла от холеры . Нернст ходил в начальную школу в Грауденце , Германия (ныне Грудзёндз , Польша).
Нернст начал обучение в бакалавриате в Университете Цюриха в 1883 году, затем после перерыва в Берлине он вернулся в Цюрих. [6] Он написал свою диссертацию в Университете Граца , где Людвиг Больцман был профессором, хотя он работал под руководством Альберта фон Эттингхаузена . Они открыли эффекты Эттингхаузена и Нернста : что магнитное поле, приложенное перпендикулярно к металлическому проводнику в градиенте температуры, вызывает разность электрических потенциалов, и наоборот, разность электрических потенциалов создает тепловой градиент. Затем он перешел в Университет Вюрцбурга под руководством Фридриха Кольрауша , где он представил и защитил свою диссертацию.
Вильгельм Оствальд принял его на работу на первую кафедру физической химии в Лейпцигском университете . Нернст перешел туда в качестве ассистента, работая над термодинамикой электрических токов в растворах. Получив повышение до лектора, он недолгое время преподавал в Гейдельбергском университете , а затем перешел в Геттингенский университет . Три года спустя ему предложили должность профессора в Мюнхене . Чтобы удержать его в Пруссии, правительство создало для него кафедру в Геттингене. Там он написал знаменитый учебник «Теоретическая химия» , который был переведен на английский, французский и русский языки. Он также вывел уравнение Нернста для электрического потенциала, создаваемого неравными концентрациями иона, разделенного мембраной, проницаемой для иона. Его уравнение широко используется в клеточной физиологии и нейробиологии.
Используемая тогда углеродная электрическая лампа накаливания была тусклой и дорогой, поскольку требовала вакуума в колбе. Нернст изобрел твердотельный радиатор с нитью из редкоземельных оксидов, известный как лампа накаливания Нернста , он до сих пор важен в области инфракрасной спектроскопии . Непрерывный омический нагрев нити накаливания приводит к проводимости. Лампа накаливания лучше всего работает в диапазоне длин волн от 2 до 14 микрометров. Она дает яркий свет, но только после периода прогрева. Нернст продал патент за миллион марок, благоразумно не выбирая роялти, потому что вскоре была представлена лампа накаливания с вольфрамовой нитью, заполненная инертным газом. На свои богатства Нернст в 1898 году купил первый из восемнадцати автомобилей, которыми он владел при жизни, и загородное поместье площадью более пятисот гектаров для охоты. Он увеличил мощность своих ранних автомобилей, возя с собой баллон с закисью азота , который он мог впрыскивать в карбюратор. [7] После восемнадцати продуктивных лет в Геттингене, где он исследовал осмотическое давление и электрохимию , а также представил теорию о том, как проводят нервы, он переехал в Берлин и получил звание тайного советника .
В 1905 году он предложил свою «Новую теорему о тепле», позже известную как Третий закон термодинамики . Он показал, что по мере приближения температуры к абсолютному нулю энтропия стремится к нулю — в то время как свободная энергия остается выше нуля. Это работа, по которой он больше всего запомнился, так как она позволила химикам определять свободные энергии (и, следовательно, точки равновесия) химических реакций из измерений тепла. Теодор Ричардс утверждал, что Нернст украл его идею, но Нернсту почти повсеместно приписывают это открытие. [8] Нернст подружился с кайзером Вильгельмом , которого он убедил основать Общество кайзера Вильгельма по развитию наук с начальным капиталом в одиннадцать миллионов марок. Лаборатория Нернста обнаружила, что при низких температурах удельная теплоемкость заметно падает и, вероятно, исчезнет при абсолютном нуле. Это падение было предсказано для жидкостей и твердых тел в статье Альберта Эйнштейна 1909 года о квантовой механике удельной теплоемкости при криогенных температурах. Нернст был настолько впечатлен, что он проделал весь путь до Цюриха , чтобы навестить Эйнштейна, который был относительно неизвестен в Цюрихе в 1909 году, поэтому люди говорили: «Эйнштейн, должно быть, умный парень, если великий Нернст проделал весь путь из Берлина в Цюрих, чтобы поговорить с ним». [9] Нернст и Планк лоббировали создание особой профессорской должности в Берлине, и Нернст пожертвовал деньги в ее фонд. В 1913 году они отправились в Швейцарию, чтобы убедить Эйнштейна принять ее; работа мечты: именная профессорская должность в лучшем университете Германии, без преподавательских обязанностей, что давало ему возможность заниматься исследованиями. [10]
В 1911 году Нернст и Макс Планк организовали в Брюсселе первую Сольвеевскую конференцию . В следующем году художник -импрессионист Макс Либерман написал его портрет.
В 1914 году Нернсты развлекали коллег и студентов, которых они привезли в свое загородное поместье в личном железнодорожном вагоне, когда узнали, что война объявлена. Их два старших сына пошли в армию, а отец записался в добровольный корпус шоферов. Он поддержал немецкую армию против обвинений противника в варварстве, подписав Манифест девяноста трех . 21 августа 1914 года он отвез документы из Берлина командующему немецким правым крылом во Франции, продвигаясь с ними в течение двух недель, пока не увидел сияние парижских огней ночью. Переломный момент наступил в битве на Марне . Когда в окопах начался тупик, он вернулся домой. Он связался с полковником Максом Бауэром , штабным офицером, ответственным за боеприпасы, с идеей выбить защитников из их окопов снарядами, выпускающими слезоточивый газ. [11] Когда его идея была опробована, одним из наблюдателей был Фриц Габер , который утверждал, что потребуется слишком много снарядов, лучше выпустить облако ядовитого газа тяжелее воздуха; первая атака хлорным облаком 22 апреля 1915 года не была поддержана мощным натиском пехоты, поэтому шанс на то, что газ сломает тупиковую ситуацию, был безвозвратно упущен. Нернст был награжден Железным крестом второго класса. Будучи научным советником штаба в имперской германской армии , он руководил исследованиями взрывчатых веществ, большая часть которых проводилась в его лаборатории, где они разрабатывали перхлорат гуанидина . Затем он работал над разработкой траншейных минометов. Он был награжден Железным крестом первого класса, а позже орденом Pour le Mérite . Когда высшее командование рассматривало возможность развязывания неограниченной подводной войны, он попросил кайзера дать ему возможность предупредить об огромном потенциале Соединенных Штатов как противника. Они не стали слушать, генерал Эрих Людендорф закричал на него за «некомпетентную чушь». [12]
Нернст опубликовал свою книгу «Основы новой тепловой теоремы» . В 1918 году, после изучения фотохимии , он предложил теорию атомной цепной реакции. Она утверждала, что когда реакция, в которой образуются свободные атомы, способные разложить целевые молекулы на большее количество свободных атомов, приведет к цепной реакции. Его теория тесно связана с естественным процессом ядерного деления .
В 1920 году он и его семья ненадолго бежали за границу, потому что он был одним из учёных в списке военных преступников союзников . Позже в том же году он получил Нобелевскую премию по химии в знак признания его работы по термохимии . Он был избран ректором Берлинского университета на 1921–1922 годы. Он создал агентство для направления государственных и частных средств молодым учёным и отказался стать послом в США. В течение двух неудачных лет он был президентом Physikalisch -Technische Reichsanstalt (Национальной физической лаборатории), где он не мог справиться со «смесью посредственности и бюрократии». [13] В 1924 году он стал директором Института физической химии в Берлине.
В 1927 году уменьшение удельной теплоты при низких температурах было распространено на газы. Он изучал теории космических лучей и космологию.
Хотя в пресс-релизе его описывали как «совершенно немузыкального», [14] Нернст разработал электрическое пианино Neo -Bechstein-Flügel в 1930 году совместно с компаниями Bechstein и Siemens , заменив деку усилителями на вакуумных лампах . Пианино использовало электромагнитные звукосниматели для создания электронно модифицированного и усиленного звука таким же образом, как электрогитара . Фактически, он был пианистом, иногда аккомпанируя скрипке Эйнштейна. [ круговая ссылка ]
В 1933 году Нернст узнал, что коллега, с которым он надеялся сотрудничать, был уволен с кафедры, потому что он был евреем. Нернст немедленно поехал на такси к Хаберу, чтобы попросить должность в его Институте, который не контролировался правительством, только чтобы узнать, что Хабер переезжает в Англию. Вскоре у Нернста возникли проблемы из-за того, что он отказался заполнить правительственную форму о своем расовом происхождении. Он ушел с должности профессора, но был уволен из совета Института кайзера Вильгельма . Он жил спокойно в деревне; в 1937 году он отправился в Оксфордский университет , чтобы получить почетную степень, а также навестил свою старшую дочь, ее мужа и трех внуков.
В 1939 году у Нернста случился сильный сердечный приступ. Он умер в 1941 году в Цибелле, Германия (ныне Нивица , Польша). Он был похоронен трижды. [15] В первый раз он был похоронен недалеко от места своей смерти. Однако его останки были перевезены в Берлин, где он был похоронен во второй раз. Наконец, их снова перевезли и похоронили недалеко от могил Макса Планка , Отто Гана и Макса фон Лауэ в Геттингене , Германия. [16]
Нернст женился на Эмме Ломейер в 1892 году, у них было двое сыновей и три дочери. Оба сына Нернста погибли, сражаясь в Первой мировой войне.
Вместе со своими коллегами из Лейпцигского университета Якобусом Генрикусом Вант-Гоффом и Сванте Аррениусом он закладывал основы новой теоретической и экспериментальной области исследований в области химии и предлагал поджечь неиспользуемые угольные пласты, чтобы повысить глобальную температуру. [17] Он был ярым критиком Адольфа Гитлера и нацизма , а две из его трех дочерей вышли замуж за евреев . После прихода Гитлера к власти они эмигрировали, одна в Англию, а другая в Бразилию.
Нернст был механистом, поскольку он всегда думал о способах применения новых открытий в промышленности. Его хобби включали охоту и рыбалку. [16] Его друг Альберт Эйнштейн забавлялся «его детским тщеславием и самодовольством» [18] «Его собственное исследование и лаборатория всегда представляли собой аспекты крайнего хаоса, которые его коллеги называли уместно «состоянием максимальной энтропии»». [19]
В 1923 году ботаник Игнац Урбан опубликовал работу о Nernstia — роде цветковых растений из Мексики, семейства Rubiaceae , названном в его честь. [20]
