루돌프 클라우지우스

루돌프 클라우지우스

 

1. 개요

 

루돌프 율리우스 에마누엘 클라우지우스(Rudolf Julius Emanuel Clausius, 1822년 1월 2일 ~ 1888년 8월 24일)는 독일의 물리학자이다. 열역학 제1법칙과 제2법칙을 발견했다. 1850년 그는 그의 가장 중요한 논문인 <<On the mechanical theory of heat>>을 통해 열역학 제 2법칙을 발표하였고, 1865년에는 엔트로피 개념을 소개했다. 그 외에도 열역학에 절대온도와 엔트로피, 엔탈피 개념을 도입하여 클라우지우스 크라페이롱의 식을 발견한 업적이 있다.

2. 생애

클라우지우스는 1822년 1월 2일에 포메라니아 쾨슬린[1]에서 여섯째 아이로 태어난다. 그의 아버지는 정부의 학교위원회에서 일을 하였으며, 작은 사립학교의 교장을 역임하기도 하였다. 클라우지우스는 아버지의 학교에 다니다가 김나지움으로 전학을 갔고 1840년에 졸업을 하였다. 그의 형에 따르면, 클라우지우는 굉장히 리더십에 있었고, 학생들의 신임을 받는 학생이었다고 한다.

1840년에 베를린 대학교로 진학을 하였으나, 처음에는 역사학에 관심이 생겨 역사학을 전공하려 했으나, 결국 수학과 물리학을 전공하는 것으로 맘을 정한다. 그 후 학사학위를 받고, 할레 대학교에서 '지구 대기의 광학적 효과'라는 논문으로 물리학 박사학위를 받고 본격적인 물리학자의 삶을 살아가게 된다.

1970년 비스마르크가 독일 통일을 목적으로 보불전쟁을 일으키자, 독일에 대한 애국심이 강했던 클라우지우스는 50세의 늙은 몸을 이끌고 전쟁에 참전하게 된다. 본 대학교 학생들과 함께 구급대를 만들어 전쟁을 수행했으며, 전쟁에서 다리에 부상을 입어, 남은 일생을 불편한 다리를 가지고 살아야 했다. 하지만 1871년 전쟁수행에 대한 공로로 정부에서 철십자 훈장을 수여받았다.

1875년 아내인 아델하이트 림파우가 세상을 떠났고, 혼자서 여섯명의 자녀들을 양육했다. 1868년 그는 엔트로피 개념과 열역학 제2법칙에 대한 공로로 영국 왕립협회의 회원으로 선출되기도 하였으며, 1879년에는 왕립협회에서 코플리 메달을 수여하기도 했다. 그 후 10년 넘게 혼자 살던 클라우지우스는 1886년 소피 스택과 재혼하여 아들을 낳고, 1888년 노환으로 사망하게 된다.

3. 업적

사디 카르노가 제안한 카르노 기관에서 보존되는 양으로 고전적 엔트로피를 정의했다. 이를 바탕으로 열역학 제2법칙을 정립했다. 1865년 클라우지우스는 열역학 법칙을 정리한다. 첫번째는 우주의 에너지는 일정하다. 두번째는 우주의 엔트로피는 최대가 되려는 경향이 있다. 다만 그는 우주의 엔트로피가 어째서 최대가 되려는 성질을 가지고 있는지는 본질적, 미시적 이유에는 관심을 가지지 않았는데, 나중에 제임스 클러크 맥스웰과 루트비히 볼츠만이 이를 통계적, 확률적으로 해석하게 된다. 확률적으로 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로 열이 이동할 확률보다 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열이 이동할 확률이 훨씬 높다는 통계역학적 해석을 내놓게 된다.

클라우지우스은 실험보다는 엄밀한 수학과 추상성, 합리성을 중요시했다. 그래서 이론물리학의 선구자로 평가받기도 한다.

 

열운동론의 입장에서 열의 동력(動力)에 관한 N.L.S.카르노의 논문을 검토, 열 분포의 변화에 의하여 동력을 얻을 수 있다는 카르노의 견해를 J.P.줄과 J.R.마이어가 세운 ‘열과 일의 당량(當量) 관계의 원리’와 결부시켜, 열역학 제2법칙을 정식화(定式化)하였다.

또한 열과 일의 당량 관계의 원리를 화학적인 것과 전기적인 것까지 포함한 것으로 확장(제1법칙)하여, 열의 이론이 체계화됨으로써 열의 역학적 이론이 형성되었다. 제2법칙에서는 엔트로피의 개념을 도입하여(1867), ‘자연계의 엔트로피는 극대를 향하여 증가한다’는 것을 밝혔다.

이와 같은 열의 현상론적(現象論的) 이론에 대하여 원자론적 입장의 운동학에 입각한 기초이론 형성도 동시에 꾀하였다. 이러한 기체운동론에서는 크뢰니히를 계승, 기체분자의 평균속도라는 생각 아래 비열(比熱)을 조사하고, 분자의 내부 운동에 주의하여 에너지등분배법칙을 시사하였다(1857).

 

이어 분자 사이의 충돌을 고려하여 ‘평균자유행로(平均自由行路)’의 개념을 도입, 충돌횟수의 상정(想定)을 전개의 기초로 하여 기체운동론을 본격적인 이론으로 만들어냈다(1859). 열전도(熱傳導) 연구(62)도 탁월하다.

이러한 기체운동론은 후에 J.C.맥스웰과 L.볼츠만에 의하여 계승되었다. 그 밖에도 운동하는 대전체 사이에 작용하는 힘에 관하여 독자적인 이론을 전개하고, 전기분해의 문제에도 공헌하는 등 많은 업적을 남겼다.

[네이버 지식백과] 클라우지우스 [Rudolf Julius Emanuel Clausius] (두산백과 두피디아, 두산백과)

사실상 고전열역학의 창시자이고 그의 업적은 동시대 같은 분야의 학자들인 헬름홀츠나 캘빈 경보다 더 먼저 더 중요한 업적임에도 매우 내성적인 사람이라 일반인들에게는 잘 알려지지 않은 학자이기도 하다. 만약 엔트로피의 단위(joule/Kelvine)를 만든다면 단연 그의 이름을 붙이는 것이 타당하다.

클라우지우스-클라페이론 식으로 유명하다.