Syntymä |
25. maaliskuuta 1865 Mulhouse ( Ranska ) |
---|---|
Kuolema |
24. lokakuuta 1940 Lyon ( Ranska ) |
Kansalaisuus | Ranskan kieli |
Alueet | Fysiikka , magnetismi |
Laitokset |
Rennesin yliopisto Lyonin yliopisto Zürichin liittovaltion ammattikorkeakoulu Strasbourgin yliopisto |
Tutkintotodistus |
Koneinsinööri EPFZ Agrégé fysiikassa École normale supérieure (Pariisi) Fysiikan tohtori Pariisin yliopisto |
Tohtorikoulutettavat | Louis Néel |
Tunnettu | Tutkimukset ferromagnetismista, Weiss-alue , Curie-Weiss-laki , Weiss- magneetti, molekyylikenttäteoria, magneettikalorinen vaikutus |
Pierre Ernest Weiss , syntynyt25. maaliskuuta 1865in Mulhouse ( Haut-Rhin ) ja kuoli24. lokakuuta 1940in Lyon , on ranskalainen fyysikko erikoistunut magnetismi , eli mekanismeja, jotka aiheuttavat magnetoinnin materiaaleja. Hän pyrki erityisesti selvittämään, miksi ja miten sellainen aine kuin rauta voi magnetoitua voimakkaasti ja pysyvästi, kun taas suurin osa muista materiaaleista pysyy inertteinä tai heikosti ja ohimenevästi magnetoiduina, kun ne asetetaan kentän läsnäollessa.
Pierre Weiss teki tärkeitä teoreettisia löytöjä, jotka saivat hänet keksimään erittäin voimakkaita sähkömagneetteja . Hän opetti Rennesissä , Lyonissa , Sveitsin liittovaltion teknillisessä instituutissa Zürichissä, jossa hän oli ollut opiskelija, ja lopulta Strasbourgissa . Näihin yliopistoihin hän perusti laboratoriot, jotka ovat tunnettuja tutkimuksestaan ja siellä koulutetuista tutkijoista.
Pierre Weiss syntyi Mulhousessa 25. maaliskuuta 1865, kehräohjaajan Emile Weissin ja Ida Schlumbergerin vanhin poika. Hän oli 5-vuotias, kun Alsace tuli saksalaiseksi. Hän suoritti keskiasteen opinnot Mulhousessa. Sitten hän lähti korkeakouluopintoihin Sveitsin liittovaltion teknilliseen instituuttiin Zürichissä , jossa hän sai vuonna 1887 mekaanikoninsinöörin tutkinnon ja ensimmäisen sijan ylennyksen luokittelussa. Täysi-ikäisenä hän valitsee Ranskan kansalaisuuden. Vuonna 1887 hän valmistautui Pariisin Lycée Saint Louisissa valintakokeeseen École normale supérieure -tapahtumaan, johon hänet hyväksyttiin vuonna 1888. Samanaikaisesti ENS-opintojensa kanssa hän valmistautui fysiikan ja luonnontieteiden lisensseihin. matematiikka Pariisin tiedekunnassa . Hän hankki fysiikan agregationin vuonna 1893. Hän pysyi ENS: ssä apulaisvalmistelijana ja valmisteli väitöskirjansa. Tänä Pariisin aikana hän ystävystyi joidenkin toveriensa kanssa, joista tulisi tunnettuja matemaatikkoja, Elie Cartan , Henri Lebesgue ja Emile Borel , ja kuuluisista fyysikoista, Aimé Cottonista , Jean Perrinistä ja Paul Langevinistä .
Vuonna 1895 hänet nimitettiin apulaisprofessoriksi Rennesin yliopiston tiedekunnassa . Vuonna 1896 hän puolusti fysiikan väitöskirjaansa "Tutkimus kiteytetyn magnetiitin ja joidenkin raudan ja antimoniseosten magnetoitumisesta" Pariisin yliopiston tiedekunnan edessä . Tuomariston puheenjohtajana toimii Charles Friedel, ja siihen kuuluvat Edmond Bouty ja Henri Pellat .
Lokakuussa 1896 Pierre Weiss meni naimisiin Pariisissa Jane Rancèsin kanssa. Heidän tyttärensä Nicole menee naimisiin ranskalaisen matemaatikon Henri Cartanin kanssa .
Tällä hetkellä Dreyfus-asia puhkesi . Nicolas Balletin keräämien jälkeläisten todistuksen mukaan Pierre Weiss liittyy älymystöön, joka puolustaa Alfred Dreyfusta , Mulhousessa syntynyttä Elsassia ja hänen kaltaistaan ammattikorkeakoulua. Tämä kanta ansaitsi hänelle vihamielisyyttä, jota hänen kollegoidensa ja opiskelijoidensa oli vaikea ylläpitää Rennesin yliopistossa. Siksi hän hyväksyi "helpotuksella" Lyonin yliopiston hänelle vuonna 1899 tarjoaman lehtorin viran .
Vaikka Lyonissa Pierre Weissillä ei ollut mahdollisuutta tulla professoriksi, Sveitsin liittovaltion teknillinen instituutti Zürichissä tarjosi hänelle vuonna 1902 fysiikan professorin ja Fysiikan instituutin johtajan virkaa, jonka hän hyväksyi. Vuonna 1907 hän julkaisi työn, joka tekisi hänestä kuuluisan ferromagnetismin luonteesta ja sen molekyylikentän käsitteestä. Tänä aikana hän tapasi Zürichin yliopiston professorit Albert Einsteinin ja Peter Debyen . Ensimmäisen maailmansodan aikana hän palasi Ranskaan. Hänet määrättiin Keksintötoimistoon kahdeksi vuodeksi. Hän työskenteli Aimé Cottonin kanssa järjestelmän kehittämiseksi tykistön sijaintien paikantamiseksi äänellä, Cotton-Weiss-menetelmällä.
Vuonna 1919 Kaiser-Wilhelms-Universität de Strasbourg lopetti toimintansa. Alle II e Reich, yliopisto on saanut merkittäviä keinoja, mutta sodan jälkeen, tilanne ei ole loistava. Weiss on osa komissiota, joka on vastuussa Strasbourgin yliopiston uudelleenintegroimiseksi Ranskan yliopistoon tarvittavan työn arvioinnista . Tasavallan presidentti Raymond Poincaré julistaa, että "Strasbourgin yliopiston on oltava Ranskan voiton jälkeen vauraampi ja kukoistavampi kuin se oli Saksan hallinnan alla" . Niinpä perinteisten tiedekuntien lisäksi tutkimuksen edistämiseksi perustettiin erikoistuneita instituutteja. Tässä yhteydessä Pierre Weissistä tuli fysiikan professori Strasbourgin yliopistossa ja fysiikan instituutin johtaja. Hän luo Strasbourgissa instituutin, joka on omistettu magnetismin tutkimukselle, samanlainen kuin hän oli luonut Zürichissä. Hän sai tehtäviä kokoamaan ympärilleen suurimman osan työntekijöistään Zürichistä, Gabriel Foëxista, Robert Forrerista ja Edmond Bauerista . Leski vuonna 1919, Pierre Weiss meni naimisiin uudelleen vuonna 1922 fyysikko Marthe Kleinin (1885-1953) kanssa. Vuonna 1926 Pierre Weiss valittiin Pariisin tiedeakatemiaan. Tässä yhteydessä hän julkaisee teoksensa.
Mukaan Francis Perrin , poika hänen ystävänsä Jean Perrin, ”Pierre Weiss oli ohut ja melko pitkä. Hän oli arvostettu mies, erittäin kohtelias, jolla oli nenän pidike ja rikkoutunut kaulus, joka antoi hänelle tyylikkään ilman. Hänen hiuksensa ja paksut viiksensä muuttuivat valkoisiksi, kun hän oli vielä nuori. "
Ecole Normale Supérieuresta valmistunut nuori apulaisopettaja Louis Néel saapui laboratorioonsa valmistelemaan diplomityötä vuonna 1928. Hänestä tuli hänen avustajansa vuonna 1932 ja seurannut häntä Strasbourgin yliopiston fysiikan tuolilla vuonna 1937. Louis Néel todisti Tämä jakso:
"Pierre Weiss oli hyvin lähellä Jean Perriniä, ja heidän vastuualueenaan Caisse nationale des sciences antoi minulle apurahan vuonna 1931 tai 1932. Hän oli myös hyvin" Front populaire "ja hän oli paratiisissa Pariisissa. nosti nyrkkiä. Strasbourgissa, jossa väestö oli melko konservatiivista, paheksuttiin kuitenkin hyvin. Muistan, että kun jouduin evakuoimaan laitteet tiedekunnasta [vuonna 1939], kaksi tai kolme tonnia painavia laitteita, otin yhteyttä Graafenstadenissa sijaitsevaan Alsacian mekaanisen rakennusyhtiön työpajoihin. Halusin pyytää heiltä hoitohenkilöstöä, mutta minua kääntyi ystävällisesti pois: "Pierre Weissin laboratorio? Kansanrintama? Ei mitenkään!" ja he lähettivät minut kävelylle. "Vuonna 1939 hän ei seurannut muutosta Strasbourgin yliopistosta Clermont-Ferrandiin, mutta seurasi ystäväänsä Jean Perriniä Lyoniin, missä hän kuoli vuonna 1940.
Pierre Weiss on kiinnostunut aineen magneettisista ominaisuuksista ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa. Hänen tutkimuksensa on osa pitkää teossarjaa, jonka Michael Faraday aloitti vuonna 1845 ja jota jatkoivat André-Marie Ampère , James Clerk Maxwell , James Ewing , Pierre Curie ja Paul Langevin . Nämä teokset on kehitetty klassisen fysiikan puitteissa täydennettynä Ludwig Boltzmannin tilastollisella termodynamiikalla . Pierre Weiss ottaa vastaan Curien ja Langevinin työn. Se luo perustan ferromagnetismin teorialle, jonka Werner Heisenberg ja Niels Bohr tulkitsevat myöhemmin uudelleen vuonna 1929 kvanttimekaniikan puitteissa. Ja se oli Louis Neel , opiskelija Pierre Weiss, joka jatkoi tätä tutkimusta varten, jonka hän sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1970.
Michael FaradayMuinaisista ajoista lähtien on ollut tiedossa, että tietyt mineraalit, kuten magnetiitti, houkuttelevat rautaesineitä ja jopa antavat niille pysyvän magnetoinnin. Näitä materiaaleja kutsutaan ferromagneettisiksi . Faraday huomaa, että kun hän asettaa rautapalkin magneetin pylväiden väliin, tanko kohdistuu magneettikentän viivojen kanssa, kun taas lasitankoa asetettaessa tanko on kohtisuorassa kentän viivoihin nähden. Hän katsoo, että ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta materiaalit magnetoituvat. Jos tämä magnetointi on samaan suuntaan kuin kenttä, se nimeää paramagneettisen materiaalin . Jos indusoitu magnetisaatio on vastakkaiseen suuntaan kuin sovellettu kenttä, se nimeää diamagneettisen materiaalin .
Pierre CurieVuonna 1895 julkaistussa väitöskirjassa Pierre Curie osoittaa, että indusoitu magnetisaatio on verrannollinen ulkoiseen magneettikenttään:
on magnetoinnin, magneettinen herkkyys ja ulkoinen magneettikenttä. Kerroin on positiivinen paramagneettisissa materiaaleissa ( on suuntaan ) ja negatiivinen diamagneettisissa materiaaleissa ( on päinvastaiseen suuntaan ).
Curie toteaa myös, että diamagneettisten materiaalien magnetoituminen on riippumatonta lämpötilasta, kun taas paramagneettisten magneettisuus vähenee lämpötilan noustessa:
tai ( Curie-laki )Curie-kerroin ja lämpötila Kelvinissä. Hän huomaa myös, että tietyn kullekin materiaalille ominaisen lämpötilan ( Curie-lämpötila ) lisäksi magneettisuus kentän suunnassa ei ole enää mahdollista. Paramagnetia muuttuu diamagneettiseksi.
Pierre Curie erottaa paramagneettien joukosta rautamateriaalit, jotka magnetisoivat paljon enemmän kuin muut. Hän kutsuu näitä materiaaleja "ferromagneettisiksi". Hän ei löydä selitystä, joka selittäisi heidän magneettisen herkkyytensä tuhat kertaa korkeammalle kuin tavallinen paramagneettinen. Pierre Weiss omistautui tutkimukseensa ja löysi näiden materiaalien magneettisen käyttäytymisen alkuperän.
Pierre Weissin varhainen tutkimusEnsimmäiset Pierre Weissin teokset ovat samanaikaisia Pierre Curien kanssa. Vaikka vanhempi, Pierre Curie puolusti fysiikan opinnäytetyönsä vasta vuonna 1895 37-vuotiaana ja Pierre Weiss puolusti vuonna 1896 31-vuotiaana. Opinnäytetyössään Pierre Weiss tutkii magnetiitin (Fe 3 O 4 ) ominaisuuksia. Hän huomaa, että eristetyn kiteen magnetoituminen riippuu sen orientaatiosta magneettikentän suhteen: vaikka magnetiittikide on kuutiohilainen, se ei ole isotrooppinen magneettikentän suhteen.
Myöhemmin Weiss huomasi, että pyrrotiitti , rautasulfidi, joka kiteytyy prismaattisessa monokliinisessä järjestelmässä , magnetoi vain tasossa, joka on kohtisuorassa kiteen pääakseliin nähden. Sitten hän huomaa, että tällä tasolla on helppo magnetointisuunta, jonka mukaan kyllästys (suurin magnetoituminen) saadaan suhteellisen heikosta ulkoisesta magneettikentästä ja vaikea magnetointisuunta, jonka mukaan magnetoituminen on mahdollista, mutta kylläisyys vaatii ulkoisen kenttä 1000 kertaa voimakkaampi.
Paul LangevinPaul Langevin oli seitsemän vuotta nuorempi kuin Pierre Weiss, jonka hän oli opiskellut ENS: ssä. Vuonna 1905 hän esitti teorian para- ja diamagneettisten ominaisuuksien magnetoinnin alkuperästä. Hän tukee Ampèren ja Weberin esittämää ajatusta : magnetisaatio johtuu sähköisten mikropiirien olemassaolosta, jotka luovat mikroskooppisia magneetteja materiaaleihin. Hän ehdottaa, että mikropiirit koostuvat elektronista, joka pyörii suljetussa kiertoradalla aineen "molekyylien" sisällä. Elektronien ympäröimän ytimen atomiteorian muotoili vasta vuonna 1913 Niels Bohr . Kun nämä mikromagneetit on suunnattu satunnaisesti, makroskooppisesti, materiaali ei magnetoitu. Kun ne sijoitetaan ulkoiseen magneettikenttään, mikromagneetit suuntaavat joko magneettikentän suunnan ja suunnan mukaan (paramagneettinen) tai suuntaan, mutta kentän vastakkaiseen suuntaan (diamagneettinen). Kun ulkoinen kenttä loppuu, atomit palaavat satunnaisessa suunnassaan, materiaali ei pidä magneettisuutta. Teoriassaan Langevin nimenomaisesti olettaa, että alkeismikromagneetit suuntautuvat ulkoisen magneettikentän mukaan, mutta eivät vaikuta toisiinsa.
Curien lain tulkitsemiseksi Langevin katsoo, että kaikki paramagneettisen väliaineen magneettiset elementit käyttäytyvät Ludwig Boltzmannin tilastollisen termodynamiikan mukaisesti . Lämpötilan noustessa lämpösekoitus lisääntyy. Lämpöenergia vastustaa mikromagneettien kohdistamista. Curie-lämpötilassa lämpöenergia ylittää mikromagneettien kohdistamisen magneettisen energian. Magneettisuutta ei enää ole.
Weiss-verkkotunnuksetVuonna 1906 Pierre Weiss otti Paul Langevinin käsitteet käyttöön ja sovelsi niitä ferromagneettisiin materiaaleihin. Toisin kuin Langevin, siinä otetaan huomioon mikromagneettien magnetoitumisen vaikutus toisiinsa. Hän olettaa, että nämä materiaalit muodostuvat pienistä domeeneista, Weiss-domeeneista , joissa monet mikromagneetit on suunnattu samaan suuntaan. Eri rinnakkain olevilla domeeneilla on magnetisaatioita, joiden suunta on joko satunnainen tai suunnattu enemmän tai vähemmän etuoikeutettuun suuntaan ulkoisen kentän puuttuessa, mikä selittää, miksi nämä materiaalit voivat näkyä pysyvinä magneeteina. Kun ferromagneettinen esine, kuten esimerkiksi magnetiitti, sijoitetaan voimakkaaseen magneettikenttään, se säilyttää merkittävän magnetoitumisen siirryttäessä poispäin ulkoisesta kentästä. Pierre Weiss selittää tämän käyttäytymisen sillä, että kutakin aluetta ympäröivät muut domeenit, joiden magneettikenttä auttaa säilyttämään sen magnetoinnin suuntautumisen: ympäröivällä kentällä on stabiloiva vaikutus, jota hän kutsuu keskikentäksi tai molekyylikentäksi, mitä Anglosaksiset fyysikot kutsuvat keskikenttäteoriaksi tai Weissin keskikenttäteoriaksi . Tämä teoria antaa mahdollisuuden ottaa huomioon ferromagneettisten materiaalien ominaisuudet. Niels Bohr ja Werner Heisenberg ottavat sen vastaan ja antavat sille kvanttiformulaation.
Weiss MagnetonPierre Weiss oli 32-vuotias vuonna 1897, kun JJ Thomson ilmoitti löytävänsä elektronin, hiukkasen, joka kantaa alkeellista negatiivista sähkövarausta. Siksi on loogista, että Pierre Weiss on ilmaissut teoriansa ferromagnetismista, joka perustuu aloille järjestettyihin alkeismikromagneetteihin, ja pyrkii laskemaan alkuainemagnetonin, magnetonin, magnetoitumisen (magneettisen momentin) arvon . Hän yrittää päätellä tämän arvon mittaamalla erilaisten metallien ja ferromagneettisten suolojen kyllästymismagnetisaation. Weiss julkaisee useita arvoja. Tämä lähestymistapa herättää kvanttiteoriaan taitavien fyysikkojen kiinnostuksen ja skeptisyyden. Kiinnostus, koska magnetonin määrittelemisen tavoite on perustavanlaatuinen. Skeptisyys, koska magnetonin teoria voidaan perustaa vain kvanttimekaniikan puitteissa. Näin Weissin magneetti antaa tien Bohrin magnetonille , jonka Wolfgang Pauli määritteli a priori yksinkertaisella tavalla vuonna 1920:
on perusvaraus , on pienennetty Planckin vakio , on elektronin massa . Weiss-Curie-lakiPierre Weiss huomauttaa, että magnetoinnin väheneminen lämpötilan noustessa noudattaa vain Curien lakia tietyissä erityistapauksissa. Hän havaitsi, että yleisessä tapauksessa, magneettinen alttius vähennys on verrannollinen, ei lämpötila, mutta ero lämpötilan lämpötilan vakiona T C . Tämä on Curie-Weissin laki .
Ferromagneettisten materiaalien korkea magnetointi häviää T C: n yläpuolella . Tämän lämpötilan alapuolella materiaaleilla on pysyvä magnetoituminen.
Tarkasteltuaan Curien lakia Pierre Weiss löysi päinvastaisen ilmiön: materiaalin magnetoituminen aiheuttaa lämpövaikutuksen, jota hän kutsuu magnetokaloriseksi vaikutukseksi .
Pierre Weiss on insinööri. Hän suunnittelee, tuottaa tai on rakentanut koko uransa ajan mittaus- tai kokeellisia laitteita laboratorioidensa varustamiseksi. Erityisesti se etsii sopivimpia metalliseoksia pysyvien magneettien tai sähkömagneettien ytimien ja napojen valmistamiseksi. Weiss-sähkömagneeteilla on ollut suuri maine ja menestys Euroopassa.
Ensimmäisestä ENS-tutkimuksestaan Pierre Weiss tutki erilaisten materiaalien, elementtien ja metalliseosten magnetoitumista. Hänen opinnäytetyönsä esittelee tuloksia "joidenkin raudan ja antimoniseosten" magnetoitumisesta. Rennesin yliopistossa hänellä oli Jules Carpentier -yhtiön rakentamat sähkömagneetit. Näillä sähkömagneeteilla on suuri kansallinen ja kansainvälinen kaupallinen menestys.
Pierre Weiss rakentaa Zürichiin maailman tehokkaimpia sähkömagneetteja. Hajottaakseen heitä syöttävän sähkövirran tuottaman lämmön, se käyttää käämityksenä kupariputkia, joissa se kierrättää vettä. Hän osallistuu Aimé Cottonin kanssa Bellevuen suuren sähkömagneetin rakennushankkeeseen.
Strasbourgissa hän on kiinnostunut metalliseoksista, joita hän tuottaa erittäin tarkasti kahdessa huoneessa, joissa on uunit. Hänellä on kaikki tarvittavat tekniikat sen koostumuksen mittaamiseksi. Hän pystyy määrittämään sen rakenteen röntgenlaitteella, ja hänellä on myös kaikki mahdollisuudet tutkia materiaalien magneettisten ominaisuuksien vaihtelua nestemäisen vedyn lämpötilasta 1000 ° C: seen.
Pierre Weiss nimitettiin fysiikan professoriksi EPFZ: ssä vuonna 1902. Hän loi ja kehitti 15 vuoden ajan magnetismin tutkimiseen omistetun laboratorion. Hän varustaa laboratorionsa kaikilla tarvittavilla laitteilla, joista osa on valmistettu hänen suunnitelmiensa mukaan, sähkömagneeteilla, akuilla, mittalaitteilla ... Hän tuo vähitellen suuren joukon professoreita ja opiskelijoita Sveitsistä, Ranskasta ja muista eurooppalaisista. Kuten hänen yhteistyökumppaninsa Gabriel Foëx kertoi:
Hän koulutti heitä "hyvin henkilökohtaisella ajatuksellaan, laboratoriosta antamallaan elämällä". Hän osasi tehdä jokaisen työstä houkuttelevan, näyttää saatujen tulosten arvon, asettaa uusia ongelmia, korjata virheitä koskaan asettamatta mielipiteitään. Hän jätti jokaisen omaperäisyyden ja antoi hänelle vaikutelman henkilökohtaisen teoksen rakentamisesta. Tahdikkaasti, laajasti ymmärtämällä hän turvasi aineelliset tilanteet ja valmisteli sitä ansaitsevien tulevaisuuden. "Louis Néel sanoo:
”Vuonna 1932 aloitin Pierre Weissin avustajana Strasbourgissa [...] Pierre Weiss oli jo hyvin tunnettu ulkomailla, mikä oli poikkeuksellista silloin, kun ranskalaisilla yliopistoilla ei ollut juurikaan mitään suhteita ulkomaisiin kollegoihinsa. Hän oli ferromagneettisuuden asiantuntija, jolla oli perusteelliset tiedot saksalaisten fyysikkojen ympäristöstä, A.Einstein, W.Pauli jne. ja hän oli ollut ammattikorkeakoulun professori ja laboratorionjohtaja Zürichissä. Olen usein seurannut häntä ulkomailla. Teemme konferensseja Sveitsissä ja muualla, itse asiassa tällainen käytäntö ei ollut tuolloin yleistä. Ensimmäinen todella kansainvälinen kongressi, johon Euroopan ja jopa Yhdysvaltojen parhaat magneettikokoajat kokoontuivat, pidettiin Strasbourgissa vuonna 1939. "Hänen oppilaansa ovat Blas Cabrera ja Auguste Picard . Tunnetut fyysikot, kuten Paul Ehrenfest ja Robert William Wood, tulevat töihin laboratorioonsa. Pierre Weiss jäi Heike Kamerlingh Onnes' laboratorio in Leyden- vuonna 1910 työskennellä alhainen lämpötila magnetismia.
Hän osallistui Solvay-kongressin kokouksiin vuosina 1913, 1921 ja 1930. Magnetismille omistettu vuoden 1930 kokous antoi suuren paikan hänen laboratorionsa työlle.
Pierre Weiss järjesti ensimmäisen kansainvälisen magneettikonferenssin Strasbourgissa 21. – 25.5.1939. Fyysikot ympäri maailmaa osallistuvat. Tämä oli hänen uransa ja hänen Strasbourgin laboratorionsa apoteoosi, koska muutama kuukausi myöhemmin laboratorio muutti Clermont-Ferrandiin ja Pierre Weiss pakeni turvapaikkaa Lyoniin, missä hän kuoli seuraavana vuonna syövän kärsimänä.
Francis Perrin on valinnut alla olevan luettelon