Lord Kelvin of Largs (William Thomson)

Wissenschaftliche Leistungen

Die Tätigkeit von WILLIAM THOMSON umfasst sowohl Grundlagenforschung in verschiedenen Teilgebieten der Physik als auch Anwendungsforschung für die sich schnell entwickelnde Industrie.

Ein erstes großes Arbeitsgebiet war die Grundlagenforschung in der Wärmelehre (Thermodynamik). Um 1848 entwickelte er eine Temperaturskala, die als Fixpunkt die tiefstmögliche Temperatur aufweist. Aus theoretischen Überlegungen schlussfolgerte THOMSON, das diese Temperatur -273,15 °C betragen müsse. Sie wird als absoluter Nullpunkt, die davon ausgehende Temperaturskala als absolute Temperaturskala und die betreffende Temperatur als absolute Temperatur bezeichnet. Zu Ehren von LORD KELVIN wird die absolute Temperatur heute in der Einheit Kelvin (Abkürzung: K, nicht Grad Kelvin) angegeben. Da THOMSON die Gradeinteilung von der Celsius-Skala übernahm, ergeben sich besonders einfache Beziehungen zwischen diesen beiden Temperaturskalen (Bild 2). Es gilt:

Allgemein gilt für den Zusammenhang zwischen der Celsius-Skala und der Kelvin-Skala die Beziehung:

$\begin{array}{l}\frac{T}{\text{K}}=\frac{\vartheta }{\text{°C}}+273\\ T\text{absolute Temperatur in K}\\ \vartheta \text{Temperatur in °C}\end{array}$

Um 1850 formulierte THOMSON unabhängig von CLAUSIUS
den 2. Hauptsatz der Wärmelehre. Beide dehnten ihn auf das Universum aus.
Gemeinsam mit seinem Freund JAMES PRESCOTT JOULE (1818–1889) beschäftigte er sich mit Wärmekraftmaschinen und deren Arbeitsvermögen. Dazu führte er in einer wissenschaftlichen Arbeit aus:

Bei den Maschinen der Praxis, in denen wir mithilfe der Wärme mechanische Arbeit gewinnen wollen, haben wir die Quelle der Kraft nicht in der Absorption oder Umwandlung der Wärme zu suchen, sondern nur im Überströmen der Wärme... die Umwandlung der Wärme in Arbeit ist nach aller Wahrscheinlichkeit unmöglich, zumindest bisher noch nicht entdeckt worden.
(Fußnote): Diese Ansicht wird im wesentlichen einheitlich von allen vertreten, die bisher über das Thema geschrieben haben. Es gibt jedoch auch eine gegenteilige Meinung: die des Herrn Joule aus Manchester. Dieser hat mit magnetoelektrischen Maschinen Versuche durchgeführt, die wie es scheint - darauf schließen lassen, daß sich mechanische Arbeit tatsächlich in Wärme umgewandelt hat. (Aus: W. Thomson, Über eine allgemeine Tendenz in der Natur zur Dissipation mechanischer Energie, Edinburgh 1852)

Nach 1850 beschäftigte sich THOMSON auch intensiver mit elektromagnetischen Schwingungen. 1853 entwickelte er eine Theorie elektromagnetischer Schwingungen und fand eine Gleichung zur Berechnung der Schwingungsdauer einer elektromagnetischen Schwingung in einem Schwingkreis. Sie wird heute als thomsonsche Schwingungsgleichung bezeichnet. Im Zusammenhang mit diesen Arbeiten kam er mit der sich schnell entwickelnden Telegrafenindustrie in Verbindung. 1851 war das erste Seekabel zwischen dem englischen Dover und dem französischen Calais verlegt worden. Nun war ein Kabel durch den Atlantik geplant. Als einer der Direktoren des 1856 gegründeten Atlantikkabelunternehmens beaufsichtigte er nicht nur Kabelverlegungen, sondern machte auch zahlreiche Vorschläge für technische Verbesserungen. Dazu zählten die Verwendung von reinerem Kupfer für die Kabel, die ständige Funktionsprüfung während der Verlegung durch ein von ihm konstruiertes Messgerät und die Entwicklung eines sehr empfindlichen Telegrafen für den Dauerbetrieb. Nach drei erfolglosen Versuchen konnte erst mit einem 1866 unter Leitung von THOMSON verlegten Kabels ein ständiger Telegrafenverkehr über den Atlantik hinweg realisiert werden. Die Telegrafengesellschaft erzielte dabei einen erheblichen Gewinn: 25 Wörter kosteten etwa 100 englische Pfund.

Die Grundeinstellung von THOMSON zum Verhältnis von Theorie und Praxis spiegelt sich in folgenden Worten wieder:

„Das Leben und die Seele der Wissenschaft ist ihre praktische Anwendung“

In seinen letzten Lebensjahren beschäftigte sich LORD KELVIN mit unterschiedlichen wissenschaftlichen Problemen, konnte aber keine größeren wissenschaftlichen Erfolge mehr erzielen. Unter anderem entwickelte er ein einfaches Atommodell. Zugleich blieb er aber in Auffassungen verhaftet, die von der wissenschaftlichen Entwicklung des beginnenden 20. Jahrhunderts als überholt erkannt wurden. Dazu gehörten die Auffassungen von der Existenz eines „Wärmestoffes“ oder die von der Existenz eines „Lichtäthers“.