|
Dagens Philosoph : Lord Kelvin |
11:48:05 |
 William Thomson bedre kendt som Lord Kelvin Arthur Shuster & Arthur E. Shipley: Britain's Heritage of Science. London. 
Signature of Lord Kelvin. It is believed the letters "PNP" stand for Professor of Natural Philosophy.
Sir William Thomson, Baron Kelvin, 1824 - 1907. Scientist, resting on a binnacle and holding a marine azimuth mirror. 
Coat of arms of William Thomson.
Lord Kelvins gravsten i Westminster Abbey.
Lord Kelvins mindevindue i glasmosaik, Westminster Abbey.
Mindesmærket for William Thomson, Baron Kelvin i Kelvingrove Park ved siden af University of Glasgow.
Boltzmanns konstant.
Illustration af forskellige farvetemperaturer angivet efter kelvin-farve skalaen. |
Lord Kelvin, 26. juni 1824 - 17. december 1907 (83 år)
Indholdsfortegnelse :William Thomson bedre kendt som Lord KelvinKelvins temperaturskala Farver angives i kelvin Definition af farveskalaen Et sortlegeme Kelvins historie Omdefinering i 2019 Lord Kelvin og jordens alder Eksperterne skændes om datoen Lord Kelvins estimat Kelvin tog fejl Målinger af radioaktiv halveringstid Jordens alment accepterede alder Canyon Diablo-meteorittens særlige betydning Fra hypotese til videnskabeligt faktum
William Thomson bedre kendt som Lord Kelvin 🔝(født 26. juni 1824, død 17. december 1907) var en irsk-skotsk fysiker, matematiker og ingeniør.William Thomson var professor ved Glasgow University i mere end 50 år. Ud over at lægge navn til temperaturskalaen kelvin (K), at udlede værdien for det absolutte nulpunkt og yderligere styrke fysikkens og især thermodynamikkens grundsætninger, var han hovedmanden bag udlægningen af nogle transatlantiske telegrafkabler. Kelvins temperaturskala 🔝SI-enheden for temperatur er kelvin (symbol K). Kelvinskalaen begynder ved det absolutte nulpunkt, som er den lavest tænkelige temperatur (hvor al bevægelse af molekylerne er ophørt). En temperatur kan derfor ikke være lavere end 0 K. Kelvin er defineret fra og med 20. maj 2019 af Boltzmanns konstant, som ses i venstre spalte.De fleste formler i fysik og kemi, som omhandler temperatur bliver mere simple, når man måler temperaturen i kelvin frem for i Celsius eller Fahrenheit, da det kan være vanskeligt at udregne i fysikkens verden med negative tal, hvis nu fx temperaturen går under nulpunktet i Celsius. Temperaturforskellen 1 K er lig 1 grad Celsius, men 0 °C er vands frysepunkt, som er 273,15 K. Derfor er 0 K = -273,15 °C. Der bruges ikke gradtegn om eller foran enheden kelvin. Der bruges kun bogstavet K. Enheden er opkaldt efter fysikeren William Thomson, der fik navnet Lord Kelvin ved sin adling. Det var ham som skrev om behovet for en skala, hvor det absolutte nul blev benyttet som skalaens nulpunkt. Tilvæksten er og har altid været den samme som hos Celsius. Farver angives i kelvin 🔝Farvetemperatur angives i kelvin (K), og skalaen går fra 0 til 10.000 K. Jo lavere temperatur, desto varmere lys. Varme farver ligger på 2.700-3.300, neutrale farver på 3.300-5.000, mens kolde farver som ved dagslys ligger på over 5.000 Kelvin.Lyskilders farvetemperatur angives, som nævnt, i kelvin - jo lavere farvetemperatur, jo varmere er lyset (den rødere del af farvespektrummet). En højere farvetemperatur giver et mere køligt og blåt lys. Det vi med øjet ville kategorisere som varme farver, har således en lav farvetemperatur på Kelvinskalaen. Definition af farveskalaen 🔝Farvetemperatur er et begreb, hvormed man tildeler en given farve en temperatur i kelvin-skalaen (K). Temperaturen, der tildeles en given farve, er den temperatur et såkaldt sortlegeme skal opvarmes til for at afgive lys med denne farve.Farvetemperaturskalaen målt i kelvin fremtræder logaritmisk i den forstand at den samme absolutte ændring ved en lav farvetemperatur har en større visuel effekt end den samme absolutte ændring ved en højere farvetemperatur. Der er altså større visuel forskel mellem farver på 1000 K og 1200 K end der er mellem farver på 6000 K og 6200 K. Et sortlegeme 🔝Et sortlegeme er et idealiseret objekt (legeme) med en perfekt termisk udstråling. Da udstråling og absorption af termisk stråling er symmetriske processer, må en perfekt lyskilde også nødvendigvis absorbere lys perfekt. Derfor vil et sådant legeme ved stuetemperatur fremstå som fuldstændigt sort – deraf navnet sortlegeme. Den termiske udstråling fra et sortlegeme afhænger udelukkende af legemets temperatur. Ved tilstrækkeligt høje temperaturer vil et sortlegeme udsende synlig termisk stråling svarende til den synlige del af det elektromagnetiske spektrum, det vil sige det vi kender som synligt lys.Kelvins historie 🔝I 1848 skrev William Thomson, som senere fik titlen "Lord Kelvin", i sin afhandling "Om en absolut thermometrisk skala" (On an Absolute Thermometric Scale), om nødvendigheden for en skala hvor "uendelig koldt" (det absolutte nulpunkt) var skalaens nulpunkt, som brugte grader celsius som enheden for stigning. Kelvin regnede sig frem til at det absolutte nulpunkt var ækvivalent til -273 °C på datidens luft-thermometre. Denne absolutte skala er i dag kendt som Kelvins termodynamiske temperaturskala. Kelvins værdi af "-273" var den negativt reciprokke værdi af 0,00366 - den accepterede udvidningskoefficient for gas per grader celsius, relativt til frostpunktet, som betød at der var en fremragende overensstemmelse med den samtidige accepterede værdi.I 1954 gav den 3. resolution, ud af de 10 der blev vedtaget ved Generalkonferencen for vægt og måling, kelvinskalaen sin moderne definition ved at bestemme tripelpunktet som det andet definerende punkt og bestemte dennes temperatur til at være præcis 273,16 kelvin. I 1967/1968 gav den 3. resolution (denne gang ud af 13 resolutioner.) nyt navn til enheden for stigning af den termodynamiske temperatur "kelvin", markeret med symbolet K, og erstattede "grader Kelvin", markeret med symbolet °K. I 2005 bekræftede Comité international des poids et measures (CIPM), et udvalg for CGPM at med henblik på at afgrænse temperaturen af vands tripelpunkt, ville temperaturen af den termodynamiske temperaturskala for Kelvin henvise til vand med en isotopisk sammensætning specificeret som "Vienna Standard Mean Ocean Water". Omdefinering i 2019 🔝Som sagt ville CIPM i 2005 omdefinere Kelvin-enheden i samspil med andre SI-enheder, med det formål, at definere enheden med en mere nøjagtig, uafhængig konstant. I Kelvins tilfælde foreslog komiteen, at Boltzmanns konstant tog den præcise værdi 1,3806505×10-23 J/K. Der var forhåbninger om, at man kunne omdefinere enheden så den kunne optages af CGPM's bureau til dets møde i 2011, men beslutningen blev udsat til 2014, hvor beslutningen skulle være en del af et større program. Beslutningen blev yderligere udsat pga. forsøg på mere præcise målinger af Boltzmannkonstanten. Den blev optaget ved det seksogtyvende CGPM, sent i 2018, med en værdi der kan ses i venstre spalte.Videnskabeligt er fordelen den, at målinger ved meget høje- og lave temperature kan tages mere præcist, da enheden er konstant og afhængig af Boltzmann-konstanten frem for vands tripelpunkt. Pointen var at undgå faldende præcision ved målinger tæt ved dette punkt; og praktisk set mærker man ingen effekt af ændringen. Vand fryser stadig ved 273,15K og tripelpunktet bruges stadigvæk som en konventionel laboratorisk referencetemperatur. Lord Kelvin og jordens alder 🔝Indtil slutningen af 1700-tallet var der enighed om, at spørgsmålet om Jordens alder hørte til teologiens område, idet bibelstudier i 1600-tallet syntes at vise, at Gud havde skabt Jorden omkring 4.000 år f.Kr. Tycho Brahes elev, den danske astronom og matematiker Longomontanus (1562-1647), beregnede Jordens tilblivelse til at have fundet sted år 3.967 f.Kr.I England blev den autoriserede skabelse meget specifikt henlagt til lørdag aften, den 22. oktober 4004 f.Kr., som beregnet af den lærde biskop James Ussher (1581-1656). Heri var den københavnske astronomiprofessor Villum Lange (1624-1682) imidlertid ikke ganske enig, da han henlagde Jordens skabelse til mandag den 30. april 4042 f.Kr. Eksperterne skændes om datoen 🔝Eksperterne skændtes om den eksakte dato, men de var enige om, at Jordens alder hørte til studiet af Bibelen – og ikke til studiet af naturen. Det korte tidsperspektiv førte til problemer i geologernes forsøg på at forstå udseendet af jordskorpen, men det var der ikke noget at gøre ved. Bibelens autoritet var for stor til at blive anfægtet.Den franske naturhistoriker Georges-Louis Leclerc (1707-1788), normalt kendt under sit adelige navn Buffon, var en flittig naturvidenskabelig skribent: Hans overvældende ‘Histoire naturelle' (1749-1789) var på intet mindre end 44 bind! Leclerc foreslog, at Jorden opstod meget tidligere end 4004 f.Kr., som var datoen bestemt af ærkebiskop James Ussher. Baseret på sine tal på afkølingshastigheden af jern testet på hans laboratorium, "Petit Fontenet i Montbard", beregnede han, at jordens alder var 75.000 år. Hans ideer blev dog fordømt af Sorbonne universitetet i Paris, og han trak derfor sine teorier tilbage, for at undgå yderligere problemer. Lord Kelvins estimat 🔝Hundrede år senere var geologien blevet en udviklingsvidenskab, hvor jordskorpen blev set som et produkt af naturlige processer, der havde virket i æoner af tid. Dyre- og planteverdenens arter opfattede man ikke længere for uforanderlige, for efter Darwin blev også de betragtet som resultatet af en langsom og gradvis udvikling. Der var blandt geologer og biologer enighed om, at Jorden måtte være mindst 100 millioner år gammel. Og at den meget vel kunne være langt ældre.Den højt ansete fysiker lord Kelvin, var en af tidens største eksperter i termodynamik, som er læren om varme- og energiprocesser. Han argumenterede ud fra komplicerede beregninger, at den virkelige værdi for Jordens alder måtte være langt mindre, end geologerne antog. Ved i detaljer at studere varmetransporten fra Jordens glødende kerne til dens overflade nåede han i 1890'erne til den konklusion, at størkningen af jordskorpen var indtrådt for blot 20-30 millioner år siden. Altså en aldersforskel på mindst 70-80 millioner år, eller mere end 200 procent. Uenigheden mellem geologerne og fysikeren Kelvin var så stor, at den udviklede sig til en større kontrovers, hvor Kelvin viste sig at være taberen, uden at geologerne derfor kom ud som vindere. Kelvin tog fejl 🔝Radioaktivt henfald vender op og ned på geologien.Faktisk er det historiens ironi, at da Kelvin i 1899 selvsikkert offentliggjorde sin lave aldersværdi, var tæppet allerede trukket bort under hans metode. Ifølge Kelvin var jordoverfladens temperatur et produkt af varmeledning fra Jordens indre, mens der ikke var andre væsentlige varmekilder. Med den overraskende opdagelse af radioaktiviteten i 1896 viste det sig snart, at han tog gruelig fejl. Hans matematiske beregninger var værdiløse, da de byggede på forkerte fysiske antagelser. Studiet af radioaktive stoffers henfald i jordskorpen vendte ganske simpelt op og ned på store dele af geologien. Vi skal nu nok være glade for, at jordskorpen ikke er højradioaktiv, for så ville vi ikke være her – men vi skal også være glade for, at den trods alt er radioaktiv, for ellers ville det være alt for koldt til, at vi kunne leve. Ikke blot gav radioaktiviteten et helt nyt billede af Jordens varmeregnskab, det resulterede også i en ny og meget højere alder for Jorden, end selv geologerne havde forestillet sig. Målinger af radioaktiv halveringstid 🔝Datering af Jordens alder ud fra radioaktive målinger er i princippet ret simpel, men i praksis meget vanskelig. Metoden bygger på målinger af halveringstiden af langtlevende radioaktive grundstoffer som uran og thorium, der er hyppige i jordskorpen.Almindeligt forekommende uran med atomvægten 238 har en halveringstid på 4,46 milliarder år, og for thorium-232 er den 13,9 milliarder år, hvilket i sig selv antyder en størrelsesorden for Jordens alder. Allerede omkring 1915 havde fysikere på denne måde fundet rimeligt sikre indikationer på, at de ældst kendte mineraler havde en alder på mellem 1,5 og 2 milliarder år. Jordens alment accepterede alder 🔝Jordens nugældende alment accepterede alder fastsattes af C.C. Patterson og offentliggjordes i 1956 på grundlag af datering af adskillige meteoritter, herunder Canyon Diablo-meteoritten, ved hjælp af uran-bly isotoper (helt præcist såkaldt bly-bly-datering).Bedømmelsen af Canyon Diablo-meteoritten, der af flere vigtige grunde har været mest udslagsgivende ved fastsættelsen af Jordens alder, er bygget på den forståelse af de kemiske forhold i kosmos, som er opbygget ved forskning i mange tiår. De fleste geologiske prøver fra Jorden kan ikke give et direkte tidspunkt for Jordens dannelse af den oprindelige urtåge, fordi Jorden har undergået en stofdifferentiering, som har skabt dens kerne, kappe og skorpe, og disse har derefter været gennem en lang historie af opblanding, bl.a. ved pladetektonik, forvitring og hydrotermisk cirkulation. Alle disse processer kan have forstyrrende indvirkning på de isotopiske dateringsmetoder, fordi en prøve ikke altid kan antages at have været et lukket system, hvormed menes, at hverken oprindelige eller afledte nuklider (atomkerner karakteriseret ved antallet af neutroner og protoner) er undsluppet fra prøven, hvilket vil forrykke den endelige, isotopiske datering. For at imødegå denne virkning dateres sædvanligvis flere mineraler fra samme prøve for at opnå en isokron. Alternativt anvendes flere forskellige dateringsmetoder på den samme prøve for at bekræfte dateringen. Nogle meteoritter anses for at bestå af det mere primitive materiale fra den oprindelige skive, som solsystemet dannedes af. Nogle af disse har (for visse isotopiske systemer) været lukkede systemer fra ganske kort tid efter, at urtågen og planeterne dannedes. Disse antagelser understøttes af mange videnskabelige undersøgelser og gentagne dateringer og er i hvert fald mere robuste hypoteser end at gå ud fra, at en klippe fra Jorden har bevaret sin oprindelige sammensætning. Alligevel er det lykkedes at benytte blymalm (bestående af blyglans) fra æonen Arkæikum til at datere Jordens dannelse. Denne malm udgør de tidligst dannede blymineraler og ligeledes de tidligste, homogene bly-bly-isotopsystemer på planeten. Målingerne har givet en aldersdatering på 4,54 milliarder år. Canyon Diablo-meteorittens særlige betydning 🔝Canyon Diablo-meteoritten har været en primær kilde til fastlæggelse af Jordens alder, fordi det er en meget stor klump af en særlig sjælden meteorittype, som både indeholder sulfidmineraler (særligt jernsulfid, FeS), metalliske nikkel-jern-legeringer og silikater.Det er vigtigt, fordi tilstedeværelsen af de tre mineraltyper giver mulighed for at undersøge dateringen af isotoperne ved prøvestykker, som udviser stor forskel i koncentrationen af primære og afledte nuklider. Det gælder i særlig grad for uran og bly. Bly er stærkt chalcofilt og optræder i sulfid i meget større koncentration end i silikat, modsat uran. Den store forskel i de primære og afledte nuklider ved meteorittens dannelse har derfor givet mulighed for en mere præcis datering af urtågens – og dermed planeternes – dannelse end nogensinde før. Uafhængige målinger af andre prøver og med andre metoder har siden da bekræftet Pattersons værdi, der stadig i dag, mere end 50 år senere, betragtes som autoritativ. Den harmonerer med undersøgelser af de ældste blymalme på Jorden, hvor man har fundet en alder på 4,54 milliarder år med en fejlmargin på cirka 1 procent. Og 1 procent af 4,5 mia. er mange år, nemlig ca. 45 milioner år. Fra hypotese til videnskabeligt faktum 🔝Vi skal nok ikke forvente en præcis dato for Jordens skabelse, i modsætning til hvad James Ussher, Villum Lange og andre forskere mente i 1600-tallet. I dag betragtes de cirka 4,6 milliarder år, man i mellemtiden er nået frem til, imidlertid ikke som en hypotese, men som et videnskabeligt faktum.Det er unægteligt en alder, der adskiller sig radikalt fra de cirka 5.600 år, man i 1600-tallet var enige om – selvom vi ikke kan hamle op med de gamle forskeres præcision. |
|
