William John Macquorn Rankine (am 5. Juli 1820 - am 24. Dezember 1872) war ein schottischer Ingenieur, Physiker und Mathematiker. Er war ein Gründungsmitwirkender, mit Rudolf Clausius und William Thomson (1. Baron Kelvin) zur Wissenschaft der Thermodynamik, besonders sich auf das erste von den drei thermodynamischen Gesetzen konzentrierend.

Rankine hat eine ganze Theorie der Dampfmaschine und tatsächlich aller Hitzemotoren entwickelt. Seine Handbücher der Technikwissenschaft und Praxis wurden viele Jahrzehnte lang nach ihrer Veröffentlichung in den 1850er Jahren und 1860er Jahren verwendet. Er hat mehrere hundert Papiere und Zeichen auf der Wissenschaft und den Technikthemen von 1840 vorwärts veröffentlicht, und seine Interessen, wurden einschließlich, in seiner Jugend, Botanik, Musik-Theorie und Zahlentheorie, und, in seinen reifen Jahren, den meisten Hauptzweigen der Wissenschaft, Mathematik und Technik äußerst geändert. Er war ein begeisterter Amateursänger, Pianist und Cellist, der seine eigenen humorvollen Lieder zusammengesetzt hat. Er ist in Edinburgh geboren gewesen und ist in Glasgow, einem Junggesellen gestorben.

Frühes Leben

Geboren in Edinburgh dem britischen Armeeleutnant David Rankine und Barbara Grahame, einer prominenten gesetzlichen und Bankverkehrsfamilie. Rankine wurde zuhause am Anfang erzogen, aber er hat später Ayr Akademie (1828-9) und, sehr kurz, die Höhere Schule Glasgows (1830) aufgewartet. 1830 hat sich die Familie nach Edinburgh bewegt; 1834 hat er an einer Militärakademie und Marine-Akademie mit dem Mathematiker George Lees studiert; vor diesem Jahr war er bereits in der Mathematik hoch tüchtig und, hat als ein Geschenk von seinem Onkel, der Principia des Newtons (1687) im ursprünglichen Latein erhalten.

1836 hat Rankine begonnen, ein Spektrum von wissenschaftlichen Themen an der Universität Edinburghs, einschließlich der Naturgeschichte unter Robert Jameson und natürlichen Philosophie unter James David Forbes zu studieren. Unter Forbes wurde er Preisen für Aufsätze auf Methoden der physischen Untersuchung und auf dem wellenförmigen (oder Welle) Theorie des Lichtes zuerkannt. Während Urlaube hat er seinem Vater geholfen, der von 1830 Betriebsleiter und, später, der wirksame Schatzmeister und Ingenieur Edinburghs und Dalkeith Eisenbahn war, die Kohle in die wachsende Stadt gebracht hat. Er hat die Universität Edinburghs 1838 ohne einen Grad verlassen (der nicht dann ungewöhnlich war), und, vielleicht wegen bescheidener Familienfinanzen, ist ein Lehrling von Herrn John Benjamin Macneill geworden, der am Zeitlandvermesser zur irischen Eisenbahnkommission war. Während seines pupilage hat er eine Technik entwickelt, die später als die Methode von Rankine bekannt ist, um Eisenbahnkurven anzulegen, völlig den Theodolit ausnutzend und eine wesentliche Verbesserung in der Genauigkeit und Produktivität über vorhandene Methoden bildend. Tatsächlich war die Technik gleichzeitig im Gebrauch durch andere Ingenieure - und in den 1860er Jahren gab es einen geringen Streit über den Vorrang von Rankine.

Das Jahr 1842 hat auch den ersten Versuch von Rankine gekennzeichnet, die Phänomene der Hitze zu einer mathematischen Form zu reduzieren, aber er wurde durch seinen Mangel an experimentellen Angaben frustriert. Zur Zeit des Besuchs von Königin Victoria nach Schottland hat er ein großes Feuer organisiert, das auf dem Sitz von Arthur gelegen ist, der mit ausstrahlenden Luftdurchgängen unter dem Brennstoff gebaut ist. Das Feuer hat als ein Leuchtfeuer gedient, um eine Kette anderer Feuer über Schottland zu beginnen.

Thermodynamik

Unerschrocken ist er zu seiner jungen Faszination mit der Mechanik des Hitzemotors zurückgekehrt. Obwohl seine Theorie von zirkulierenden Strömen von elastischen Wirbelwinden, deren an ihre Umgebung spontan angepasste Volumina fantasievoll Wissenschaftlern klingen, die auf einer modernen Rechnung vor 1849 gebildet sind, er geschafft hatte, die Beziehung zwischen durchtränktem Dampf-Druck und Temperatur zu finden. Im nächsten Jahr hat er seine Theorie verwendet, Beziehungen zwischen der Temperatur, dem Druck und der Dichte von Benzin und den Ausdrücken für die latente Hitze der Eindampfung einer Flüssigkeit herzustellen. Er hat genau die überraschende Tatsache vorausgesagt, dass die offenbare spezifische Hitze des durchtränkten Dampfs negativ sein würde.

Ermutigt durch seinen Erfolg hat er begonnen, die Leistungsfähigkeit von Hitzemotoren zu berechnen, und hat seine Theorie als eine Basis verwendet, um den Grundsatz abzuleiten, dass die maximale Leistungsfähigkeit eines Hitzemotors eine Funktion nur der zwei Temperaturen ist, zwischen denen es funktioniert. Obwohl ein ähnliches Ergebnis bereits von Rudolf Clausius und William Thomson, 1. Baron Kelvin abgeleitet worden war, hat Rankine behauptet, dass sein Ergebnis auf seine Hypothese von molekularen Wirbelwinden allein, aber nicht laut der Theorie von Carnot oder einer anderen zusätzlichen Annahme beruht hat. Die Arbeit hat den ersten Schritt auf der Reise von Rankine gekennzeichnet, um eine mehr ganze Theorie der Hitze zu entwickeln.

Rankine hat später die Ergebnisse seiner molekularen Theorien in Bezug auf eine makroskopische Rechnung der Energie und seiner Transformationen umgearbeitet. Er hat definiert und hat zwischen der wirklichen Energie unterschieden, die in dynamischen Prozessen und potenzieller Energie verloren wurde, durch die sie ersetzt wurde. Er hat die Summe der zwei Energien angenommen, eine Idee bereits, obwohl sicher nicht sehr lange, vertraut im Gesetz der Bewahrung der Energie unveränderlich zu sein. Von 1854 hat er breiten Gebrauch seiner thermodynamischen Funktion gemacht, die er später begriffen hat, war zum Wärmegewicht von Clausius identisch. Vor 1855 hatte Rankine eine Wissenschaft von energetics formuliert, der eine Rechnung der Dynamik in Bezug auf Energie und seine Transformationen aber nicht Kraft und Bewegung gegeben hat. Die Theorie war in den 1890er Jahren sehr einflussreich. 1859 hat er die Skala von Rankine der Temperatur, eine absolute oder thermodynamische Skala vorgeschlagen, deren Grad einem Grad von Fahrenheit gleich ist.

Energetics hat Rankine angeboten, dem sich eine Alternative, und eher mehr Hauptströmung, zu seiner Wissenschaft und von der Mitte der 1850er Jahre nähern, hat er eher weniger Gebrauch seiner molekularen Wirbelwinde gemacht. Und doch hat er noch behauptet, dass die Arbeit von Maxwell an electromagnetics effektiv eine Erweiterung seines Modells war. Und, 1864, hat er behauptet, dass die mikroskopischen Theorien der Hitze, die von Clausius und James Clerk Maxwell vorgeschlagen ist, der auf der geradlinigen Atombewegung gestützt ist, unzulänglich waren. Es war nur 1869, dass Rankine den Erfolg dieser konkurrierenden Theorien zugelassen hat. Bis dahin war sein eigenes Modell des Atoms fast identisch mit diesem von Thomson geworden.

Wie sein unveränderliches Ziel war, besonders wenn ein Lehrer der Technik, er seine eigenen Theorien verwendet hat, mehrere praktische Ergebnisse zu entwickeln und ihre physischen Grundsätze aufzuhellen, einschließlich:

• Die Rankine-Hugoniot Gleichung für die Fortpflanzung von Stoß-Wellen, regelt das Verhalten von zum entgegenkommenden Fluss normalen Stoß-Wellen. Es wird nach Physikern Rankine und dem französischen Ingenieur Pierre Henri Hugoniot genannt;
• Der Rankine Zyklus, eine Analyse eines idealen Hitzemotors mit einem condensor. Wie andere thermodynamische Kreisprozesse wird die maximale Leistungsfähigkeit des Zyklus von Rankine durch das Rechnen der maximalen Leistungsfähigkeit des Zyklus von Carnot gegeben;
• Eigenschaften des Dampfs, des Benzins und der Dämpfe.

Die Geschichte von rotordynamics ist vom Wechselspiel der Theorie und Praxis angefüllt. Rankine hat zuerst eine Analyse einer spinnenden Welle 1869 durchgeführt, aber sein Modell war nicht entsprechend, und er hat vorausgesagt, dass superkritische Geschwindigkeiten nicht erreicht werden konnten.

Erschöpfungsstudien

Rankine war einer der ersten Ingenieure, um zu erkennen, dass Erschöpfungsmisserfolge von Eisenbahnachsen durch die Einleitung und das Wachstum von spröden Spalten verursacht wurden. Am Anfang der 1840er Jahre hat er viele gebrochene Achsen besonders nach dem Zugunfall von Versailles von 1842 untersucht, als eine Lokomotive-Achse plötzlich zerbrochen hat und zum Tod von mehr als 50 Passagieren geführt hat. Er hat gezeigt, dass die Achsen durch das progressive Wachstum einer spröden Spalte von einer Schulter oder anderer Betonungskonzentrationsquelle auf der Welle wie ein keyway gescheitert hatten. Er wurde durch die ähnliche direkte Analyse von erfolglosen Achsen von Joseph Glynn, wo die Achsen unterstützt, die durch das langsame Wachstum einer spröden Spalte in einem als Metallerschöpfung jetzt bekannten Prozess gefehlt sind. Es war wahrscheinlich, dass die Vorderachse von einer der am Zugunfall von Versailles beteiligten Lokomotiven auf eine ähnliche Weise gescheitert hat. Rankine hat seine Beschlüsse in einer an die Einrichtung von Ingenieuren gelieferten Zeitung präsentiert. Seine Arbeit wurde jedoch von vielen Ingenieuren ignoriert, die auf dem Glauben verharrt haben, dass Betonung "Wiederkristallisation" des Metalls, ein Mythos verursachen konnte, das sogar zur Gegenwart angedauert hat. Die Theorie der Wiederkristallisation ist ganz falsch gewesen, und hat lohnende Forschung bis zur Arbeit von William Fairbairn ein paar Jahre später gehemmt, der die schwach werdende Wirkung von wiederholtem flexure auf großen Balken gezeigt hat. Dennoch ist Erschöpfung ein ernstes und schlecht verstandenes Phänomen geblieben, und war die Wurzelursache von vielen Unfällen auf den Eisenbahnen und anderswohin. Es ist noch ein ernstes Problem, aber wird mindestens heute viel besser verstanden, und kann so durch das sorgfältige Design verhindert werden.

Andere Arbeit

Er hat als regius Professor des Hoch- und Tiefbau und der Mechanik an der Universität Glasgows vom November 1855 bis zu seinem Tod im Dezember 1872 gedient, Technikforschung entlang mehreren Linien im Hoch- und Tiefbau und Maschinenbau verfolgend.

Rankine war in der Bildung des Vorzeichens des Glasgower Universitätsoffizier-Lehrkorps, der 2. Lanarkshire Gewehr-Freiwilligentruppe an der Glasgower Universität im Juli 1859 instrumental, Größer 1860 werdend, nachdem es in die erste Gesellschaft des 2. Bataillons, 1. Lanarkshire Gewehr-Freiwilligentruppe gebildet wurde; er hat bis 1864 gedient, als er wegen des Drucks der Arbeit - viel davon vereinigt mit der Marinearchitektur zurückgetreten hat.

Hoch- und Tiefbau

Die Rankine-Vorträge werden als Anerkennung für die bedeutenden Beiträge genannt, zu denen er geleistet hat:

• Kräfte in Rahmenstrukturen;
• Boden-Mechanik; am meisten namentlich in der seitlichen Erddruck-Theorie und der Stabilisierung von Stützmauern. Die Rankine Methode der Erddruck-Analyse wird nach ihm genannt.

Marinearchitektur

Rankine hat nah mit Schiffsbaumeistern von Clyde, besonders seinem Freund und lebenslänglichem Mitarbeiter James Robert Napier gearbeitet, um Marinearchitektur in eine Technikwissenschaft zu machen. Er war ein Gründungsmitglied und der erste Präsident der Einrichtung von Ingenieuren & Schiffsbaumeistern in Schottland 1857. Er war ein frühes Mitglied des Königlichen Instituts für Marinearchitekten (gegründeter 1860) und hat vielen seiner Jahresversammlungen beigewohnt. Mit William Thomson und anderen war Rankine ein Mitglied des Ausschusses der Anfrage ins umstrittene Sinken des HMS Kapitäns.

Ehren

• Gefährte der königlichen schottischen Gesellschaft von Künsten
• Partner der Einrichtung von Ingenieuren (1843) (war er nie ein volles Mitglied)
• Gefährte der königlichen Gesellschaft Edinburghs, (1850)
• Gefährte der königlichen Gesellschaft Londons, (1853)
• Medaille von Keith der königlichen Gesellschaft Edinburghs, (1854)
• LL.D. von der Dreieinigkeitsuniversität, Dublin, (1857)
• Ausländisches Mitglied der Königlichen schwedischen Akademie von Wissenschaften, (1868)
• Die Rankine absolute Skala von Fahrenheit wird in seiner Ehre genannt.
• Rankine, ein kleiner Einfluss-Krater in der Nähe vom Ostglied des Monds, wird auch in seiner Ehre genannt.

Siehe auch

• Metallerschöpfung
• Körper von Rankine
• Rankine Zyklus
• Zustandsfunktion
• Schwung-Theorie

Veröffentlichungen

Bücher

• Handbuch der angewandten Mechanik, (1858)
• Handbuch der Dampfmaschine und anderen primären Energiequellen, (1859)
• Handbuch des Hoch- und Tiefbau, (1861)
• Schiffsbau, theoretisch und praktisch, (1866)
• Handbuch von Machinery und Millwork, (1869)

Papiere

• Die mechanische Handlung der Hitze, (1850), hat an der Königlichen Gesellschaft Edinburghs gelesen
• Das allgemeine Gesetz der Transformation der Energie, (1853), hat an Glasgow Philosophische Gesellschaft gelesen
• Auf der thermodynamischen Theorie von Wellen der begrenzten Längsstörung, (1869)
• Umrisse der Wissenschaft von Energetics, der in den Verhandlungen der Philosophischen Gesellschaft Glasgows 1855 veröffentlicht ist

::*This-Arbeit hat den Traité de l'énergétique des französischen Physikers Pierre Duhem (1911) beeinflusst, in dem er gedacht hat, dass Thermodynamik, nicht klassische Mechanik, die grundsätzlichere Theorie war.

Über Rankine

Links

• J. Macquorn Rankine