Biografia de J. Willard Gibbs | Cientistas famosos.


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Viveu de 1839 – 1903.
Willard Gibbs foi um físico-matemático que fez enormes contribuições para a ciência: ele fundou a mecânica estatística moderna, ele fundou a termodinâmica química e ele inventou a análise vetorial.

Formação acadêmica e início da vida

Josiah Willard Gibbs nasceu em 11 de fevereiro de 1839, em New Haven, Connecticut, EUA, a cidade natal da Universidade de Yale.
Família de Willard Gibbs era próspero e intelectual. Sua mãe se chamava Mary Anna Van Cleve. Ela veio de uma família de eminente e foi um ornitólogo amador. Chamava seu pai-se também Josiah Willard Gibbs. Para evitar confusão, Gibbs Jr sempre foi conhecido como Willard. Seu pai, um especialista em línguas e linguística, foi professor de literatura sagrada na escola da divindade da Universidade de Yale.
Willard Gibbs foi educado privadamente em Hopkins Grammar School até que ele se matriculou na Universidade de Yale, de apenas 15 anos. Ele recebeu seu diploma de quatro anos mais tarde, em 1858, junto com prêmios de universidade em matemática e em latim.
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Willard Gibbs, um estudante na Universidade de Yale.
Ele imediatamente começou a trabalhar para um doutorado engenharia em Yale, que recebeu em 1863, com a idade de 24. Este foi o primeiro prêmio já de um doutorado de engenharia a qualquer aluno em uma universidade americana.
Sua tese altamente matemática tinha o título: "sobre as formas dos dentes das rodas de engrenagem de dente reto."
Socialmente, Gibbs foi tranquila e livresco, um estudante um pouco reservado. Academicamente, ele era brilhante.
Quando Gibbs era um estudante, ocorreram três eventos significativos:
  • Em 1855, a mãe dele morreu.
  • Em 1861, seu pai morreu, deixando Gibbs e suas duas irmãs uma herança considerável, tornando-os financeiramente independente.
  • De 1861 – 65 assola a Guerra Civil americana. Gibbs não fui inscrito: sua saúde era frágil e sofria de problemas respiratórios. Além disso, sua visão para a leitura foi borrada, causada pelo astigmatismo. Ele eventualmente teve que moer lentes para resolver este problema.
Carreira acadêmica de Gibbs
Tutoria em Yale
Universidade de Yale nomeado Gibbs como tutor em 1863. Professores eram esperados para disponibilizar-se ensinar a qualquer um dos cursos de Yale. Gibbs ensinou latim durante dois anos, seguido de um ano para ensinar física, enquanto em particular continuou a ampliar e aprimorar seus conhecimentos de engenharia e ciências físicas. Durante este tempo ele patenteou um freio de carro ferroviário melhorada.
Três anos na França e na Alemanha
Em 1866 Gibbs e suas irmãs, Anna e Julia, partiu em uma viagem de três anos para a Europa.
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Willard Gibbs assistiu aulas em Heidelberg dada por Robert Bunsen, o grande químico. Ele também participou de palestras ministradas pelos grandes físicos Hermann von Helmholtz e Gustav Kirchhoff.
Gibbs passou um ano lectivo em cada da Sorbonne, em Paris e as universidades de Berlim e Heidelberg, na Alemanha. Seu propósito obstinado era continuar a expandir e refinar seu conhecimento científico.
Como seu pai, ele parece ter tido um considerável presente para línguas, então trabalhando em francês e alemão causou-lhe sem problemas.
França, Alemanha e Reino Unido leigos no coração do mundo científico. Gibbs pegou uma abordagem única de passar três anos estudando nos países de língua não-inglesa, que lhe deram um ponto de vista científico distinto, comparado com outras cientistas americanos da época.
Durante a viagem para a Europa, saúde de Gibbs era novamente uma preocupação – tuberculose era suspeito – e ele e as irmãs dele mudou-se para a Riviera francesa, esperando que o quente, clima mediterrânico seca iria ajudá-lo. Felizmente, depois de alguns meses na Riviera, ele foi declarado livre de tuberculose.
Professor de Yale
Em seu retorno para New Haven, Gibbs ensinou francês para um tempo em Yale e trabalhou em particular em algumas de suas idéias de engenharia.
Em 1871 foi nomeado primeiro professor de Yale está de física matemática. O papel foi não remunerado. Gibbs era feliz com essa situação – ele era um homem de necessidades modestas, e sua herança forneceu-lhe com dinheiro mais que suficiente. Além disso, o Gibbs estava feliz que o papel exigia pouco trabalho de ensino, permitindo-lhe mais pensamento e tempo de pesquisa.
À medida que crescia sua reputação científica, outras universidades cabeça-caçavam-lo. Gibbs preferiu ficar em Yale, porque ele estava feliz no ambiente familiar de sua cidade natal e, também, os outros cientistas de Yale disse quanto eles com valor de sua presença na Universidade. Ele ficou em Yale durante toda a sua carreira e a Universidade começada a pagar-lhe um salário para contrabalançar oferece que ele recebeu de outras instituições.
Mais significativas contribuições Gibbs para a ciência
Gibbs era um homem de intelecto imenso; recepção de sua obra traz à mente a experiência de Isaac Newton, quando primeiro publicou suas leis do movimento e da gravitação. Uma de suas alunas é dito ter brincou sobre Newton:
"Ali vai um homem que escreveu um livro que nem ele nem ninguém entende."
Foi deixado para os outros a explicar e divulgar a matemática e idéias complexas de Newton.
Da mesma forma, quando Gibbs publicou sua pesquisa, foi muitas vezes pouco compreendido. Uma das poucas pessoas que compreender e apreciar o seu significado era James Clerk Maxwell.
Com efeito, quando Maxwell morreu em uma idade jovem, a palavra em Yale – com ecos da velha piada sobre Newton – foi:
"Só um homem viveu quem poderia entender os papéis de Gibbs. Foi de Maxwell, e agora ele está morto."
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"Um bom uso para que alguém possa colocar uma formação superior em matemática pura é estudar os problemas definir-nos por natureza."
Willard Gibbs
Matemático e físico
Termodinâmica
Termodinâmica explora a relação entre energia, entropia e temperatura. Suas leis sustentam as características físicas de tudo no universo, incluindo a vida. Suas idéias são bastante complexas; aspectos mais fácil da termodinâmica não são geralmente introduzidos até o nível universitário em química e física ou talvez o final de química da escola.
Em 1873, dois anos em seu cargo de professor, o Gibbs de 34 anos de idade começou a trabalhar publicação que revolucionou a nossa compreensão da termodinâmica. Ele começou por notar que as duas primeiras leis da termodinâmica poderiam ser combinadas em uma única equação de estado – a Equação de estado de Gibbs – agora uma equação básica da termodinâmica:
d U = TdS-PdV
Em dois trabalhos inovadores mostrou como expressar grandezas termodinâmicas em gráficos que tinha construído levou à inteiramente novas conclusões sobre o comportamento da matéria. Estes gráficos foram em três dimensões, com x, y e z eixos.
Gibbs enviou cópias da sua obra para 75 cientistas notáveis na Europa. Um deles foi James Clerk Maxwell, da Universidade de Cambridge.

Willard Gibbs e James Clerk Maxwell

Maxwell, uma das autoridades mais importante do mundo, na termodinâmica, o trabalho de Gibbs devorado, percebendo que ele resolveu um problema conceitual que ele tinha sido lutando com em vão por mais de dois anos. Além disso, a nova interpretação de Gibbs da termodinâmica melhorado entendimento pessoal de Maxwell do campo.
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Uma cópia do modelo de gesso original enviado por Maxwell para Gibbs, realizada por de Yale Museu Peabody de História Natural. O modelo representa o comportamento de uma substância água plotado em eixos de volume (eixo x), entropia (eixo y) e energia (eixo z). As linhas escuras no modelo são as linhas de igual pressão e igual temperatura.
Maxwell dividiu o trabalho de Gibbs entusiasticamente com outras cientistas britânicos.
Ele fez três modelos de gesso 3-dimensional de uma superfície em um dos gráficos de Gibbs e enviou um modelo de Gibbs como prova de sua gratidão e respeito.
Maxwell e Gibbs estavam na mesma sintonia mental – compreenderam o trabalho uns dos outros, que algumas pessoas fizeram na época.
Infelizmente, a morte prematura de Maxwell em 1879 privado o mundo científico de que poderia ter se tornado uma parceria muito frutífera, se à distância, entre duas grandes intelectos.

Reformulação da ciência da termodinâmica

Em 1878 Gibbs publicou um terceiro papel de termodinâmica, o mais revolucionário de todos eles. O equilíbrio de substâncias heterogêneas parte II.
Neste trabalho Gibbs fundou a ciência da termodinâmica química, inteiramente moldar nossa compreensão moderna do campo. Este trabalho encontra-se no coração da físico-química, nos dizendo que as reações químicas são viáveis.
Infelizmente, trabalho de Gibbs foi tão altamente matemático que levou muitos anos antes de sua mensagem foi totalmente compreendida.
Se Gibbs tinha uma falha, foi que ele usou a matemática para fazer quase toda a sua fala para ele. Ele sentiu pouca necessidade de se relacionar sua matemática e idéias com exemplos do mundo real, e ele não estava preocupado se as pessoas disseram que seu trabalho era muito difícil de entender.
Ele levou exatamente a mesma abordagem sublime a suas palestras como ele fez a sua escrita. Um de seus melhores alunos, Edwin Bidwell Wilson, recorda-se dito por Gibbs:
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"Nos anos trinta do meu professor de física matemática, já tive mas uma meia dúzia de estudantes adequadamente preparado para seguir minhas aulas."
Willard Gibbs
Matemático e físico
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"Leitura Gibbs equilíbrio é algo como a leitura de Laplace, que freqüentemente omite, mas a conclusão, com a observação otimista, 'é fácil de ver', abreviação de coisas 'visto' horas a seguir — às vezes dias — de trabalho duro."
Eric Temple Bell
Matemático

A regra de fase

Gibbs descobriu que em qualquer mistura de equilíbrio dos componentes C nas fases de P é o número de variáveis F que pode ser controlado de forma independente:
F = C-P + 2
Com essa regra, que é uma regra geral, fundamental da termodinâmica, diagramas de fase tornar-se uma parte indispensável do kit de ferramentas de físico-química.

Termodinâmica de Gibbs num selo

Em 2005, um selo americano comemorado métodos de termodinâmica gráfica Gibbs carregando uma imagem de Gibbs e um mapa de contorno bidimensional de uma das suas superfícies termodinâmicas.
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Willard Gibbs 2005 selo
Análise vetorial – um novo ramo da matemática
James Clerk Maxwell usado um formulário da matemática chamado cálculo Quatérnion em sua teoria eletromagnética da luz. Gibbs tomou uma nova teoria de Maxwell com entusiasmo, mas ele pensou que o cálculo de Quatérnion que Maxwell tinha usado parecia bastante inconveniente. Ele tinha uma parte de vector e um escalar, mas na opinião de Gibbs era geometricamente insatisfatório.
Para ensinar a teoria de Maxwell para seus próprios alunos, Gibbs desenvolveu um novo ramo da matemática chamado análise/cálculo vetorial. Ele fez isso em 1881-1884, produzindo notas do lecture por seus novos métodos matemáticos.
O físico britânico Oliver Heaviside independentemente inventou cálculo vetorial entre 1880 e 1887. Nenhum deles estava ciente do trabalho do outro.
O cálculo vetorial inventado por Gibbs e Heaviside agora é amplamente utilizado na física e na matemática.
A notação usada hoje para a escalar e vetor produtos também foi concebida por Gibbs.
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"Um matemático pode dizer qualquer coisa que quiser, mas um físico deve ser pelo menos parcialmente sÃ".
Willard Gibbs
Matemático e físico
Mecânica estatística
Mecânica estatística permite que fenômenos físicos ser explicado e calculado pela média dos comportamentos individuais de grandes números de átomos/moléculas.
Em 1902, Gibbs publicou uma nova obra científica – Princípios elementares em mecânica estatística. Ele trabalhou dia e noite no livro na tarde 1900 e 1901 precoce.
O que hoje conhecemos como mecânica estatística tinham sido inventado e desenvolvido por Daniel Bernoulli, James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann.
Livro de Gibbs veio como um raio azul. Era preciso referir-se apenas um pouco para o que veio antes; e, então, revelou uma inteiramente nova formulação da ciência.
Gibbs desenvolveu uma nova estrutura matemática para a mecânica estatística, que construiu uma ponte sobre o fosso entre a física quântica (ainda desconhecida) e clássica, pavimentando o caminho para o mundo quântico que estava a desenrolar-se nos anos seguintes.
Como seus trabalhos anteriores, a maioria dos cientistas encontrou o livro de mecânica estatística de Gibbs difícil de entender. No entanto, perseverança, eventualmente, deu frutos e é a formulação de Gibbs da mecânica estatística que é usada ainda hoje – ele mesmo cunhou o termo mecânica estatística.
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"Quando eu entrei Instituto Niels Bohr em Copenhaga, em 1924, a primeira coisa que Bohr exigiu foi que eu deveria ler o livro de Gibbs em termodinâmica. E acrescentou que Gibbs tinha sido o único físico que realmente entendesse Termodinâmica estatística."
Werner Heisenberg
Físico teórico, prêmio Nobel de física 1932
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"Gibbs fez para a mecânica estatística e termodinâmica o Laplace fez para mecânica celeste e Maxwell fez por eletrodinâmica, ou seja, fez seu campo uma estrutura teórica quase terminada".
Robert Millikan
Físico, prêmio Nobel de física de 1923

Honras

Em 1880, Gibbs ganhou o Prêmio Rumford da Academia Americana de artes e Ciências.
Em 1901 ele foi premiado com a medalha Copely do sociedade real britânica, que era então o maior prêmio na ciência, igual a um prêmio de Nobel hoje; e um prêmio mais raro, uma vez que apenas uma medalha Copely foi concedida todos os anos. A citação do prêmio afirmou que Gibbs foi:
"o primeiro a aplicar a segunda lei da termodinâmica para a discussão exaustiva da relação entre a energia química, elétrica e térmica e capacidade de trabalho externo".

Alguns detalhes pessoais e o fim

Exceto por três anos na Europa, Gibbs viveu toda a sua vida na casa da grande família, seu pai construiu em New Haven, Connecticut.
Esta constante vida lhe convinha, porque ele era um homem que gostava de regularidade e ordem. Há uma ironia nisso, dado que Gibbs avançado significativamente nossa compreensão da entropia – que é muitas vezes caracterizada como transtorno.
Frequentou a igreja regularmente e esquerda Nova Haven apenas durante as férias de verão, que ele gostava de passar nas montanhas.
Gibbs foi percebida por pessoas que o conheciam como espécie, simpático e feliz. Ele nunca se casou. Ele dividiu a casa da família com suas irmãs: Anna, que permaneceu solteira; e Julia, seu marido e filhos.
Josiah Willard Gibbs morreu com a idade de 64, em 28 de abril de 1903, apenas um ano depois ele publicou sua obra seminal na Termodinâmica estatística. Sua morte foi causada por uma obstrução intestinal.
Ele foi enterrado no cemitério Grove Street, em New Haven.
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"O nome de Josiah Willard Gibbs será contado não só na América mas em todo o mundo como um dos físicos teóricos mais famosos de todos os tempos."
Max Planck
Físico teórico, prêmio Nobel de física 1918
Traduzido del website: Famous Scientists para fins educacionais
Biografias de personagens históricos e personalidades