Rayleigh
 
Encyklopedia PWN
Rayleigh
[rẹıli]
lord, John William Strutt Wymowa, ur. 12 XI 1842, Langford Grove k. Maldon (hrab. Essex), zm. 30 VI 1919, Terling Place k. Witham (hrab. Essex),
fizyk brytyjski.
Kalendarium
Urodził się 12 XI 1842 w Langford Grove koło Maldon (hrabstwo Essex). John William był synem Johna Jamesa Strutta, drugiego Barona Rayleigha, po którym 1873 odziedziczył tytuł. Jako dziecko był chorowity i z tego powodu nie uczęszczał do szkoły, lecz był uczony w domu. W 1861 został przyjęty do Trinity College w Cambridge. Studiował tam matematykę do 1865. Po otrzymaniu dyplomu, do 1868 podróżował po Stanach Zjednoczonych. Później założył laboratorium w rodzinnym domu — w rezydencji Terling Place koło Witham (hrabstwo Essex). W 1873 został członkiem Towarzystwa Królewskiego w Londynie; w latach 1885–96 był jego sekretarzem, a w okresie 1905–08 — prezesem. Został uhonorowany przez Towarzystwo Medalami: Rumforda i Copleya. W 1879 otrzymał stanowisko profesora fizyki eksperymentalnej na uniwersytecie w Cambridge (stanowisko to objął po Jamesie Clerku Maxwellu) i piastował je do 1884. W latach 1887–1905 był profesorem filozofii naturalnej w Royal Institution of Great Britain w Londynie. W okresie 1896–1911 współpracował z Trinity House jako doradca naukowy. Lord Rayleigh współpracował także z wieloma rządowymi komisjami, m.in. do spraw lotnictwa. Od 1908 do śmierci był rektorem tytularnym uniwersytetu w Cambridge.
Ożenił się z Evelyn Balfour, siostrą znanego polityka brytyjskiego, A.J. Balfoura (1902–11 był on przywódcą Partii Konserwatywnej, 1902–05 premierem). Lord Rayleigh prowadził prace badawcze z różnych dziedzin fizyki — większość z nich we własnym laboratorium. W 1904 za odkrycie argonu oraz za wyznaczenie gęstości kilku najważniejszych gazów otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Zmarł 30 VI 1919 w Terling Place.
Prace badawcze
Lata 1860. i wczesne 70. poświęcił badaniu fal. W teorii fal sprężystych zajmował się zagadnieniami dyfrakcji, rozpraszania i pochłaniania fal, m.in. wyprowadził związek między prędkością grupową i fazową fal. Jest autorem monumentalnej pracy z akustyki The Theory of Sound (t. 1–2 1877–78).
Prace Rayleigha z optyki dały podstawy teorii molekularnego rozpraszania światła. Rozproszenie rayleighowskie lub rozpraszanie Rayleigha to rozpraszanie światła na obiektach znacznie mniejszych niż długość fali rozpraszanej. Padające promieniowanie o pewnej częstości indukuje w obiekcie elektryczny moment dipolowy, który emituje falę rozproszoną o tej samej częstości, co fala wymuszająca (rozpraszanie sprężyste). W rezultacie wydajność rozpraszania jest proporcjonalna do odwrotności 4. potęgi długości fali promieniowania (λ−4). Prawo rozproszenienia rayleighowskiego dobrze opisuje takie zjawiska, jak np. rozpraszanie światła w atmosferze na molekułach czy małych cząstkach aerozolu lub (jak wykazał Marian Smoluchowski) na lokalnych fluktuacjach koncentracji gazów. Wyjaśnia, dlaczego silniej jest rozpraszane promieniowanie krótkofalowe niż długofalowe. Wynikiem tego selektywnego rozpraszania promieniowania słonecznego w atmosferze jest niebieska barwa nieba dla obserwatora znajdującego się na Ziemi (dla obserwatora znajdującego się poza atmosferą niebo jest zawsze czarne), a światło słoneczne o wschodzie i zachodzie jest czerwone. Prawo to lord Rayleigh wyprowadził teoretycznie 1871.
W 1900 sformułował prawo określające zależność gęstości energii promieniowania ciała doskonale czarnego znajdującego się w danej temperaturze od częstości. Prawo to zostało wyprowadzone w ramach klasycznej mechaniki statystycznej; ponieważ sformułowali je 1911 niezależnie od siebie dwaj uczeni — lord Rayleigh i brytyjski astronom i fizyk Sir James Hopwood Jeans, nosi nazwę prawo promieniowania Rayleigha–Jeansa.
W dziedzinie fizyki cząsteczkowej William Strutt określił rozmiary niektórych cząsteczek i jako jeden z pierwszych podał wartość liczby Avogadra. W 1879 wprowadził kryterium zdolności rozdzielczej przyrządów spektralnych.
Odkrycie argonu
W 1892 uczony wyznaczał ciężary atomowe pierwiastków chemicznych i stwierdził, że masa jednego litra azotu otrzymanego z powietrza jest większa od masy takiej samej objętości azotu otrzymanego przez rozkład związku chemicznego (np. rozkład amoniaku). Wiedziano już, że ciężar właściwy (gęstość) pierwiastka chemicznego jest w danych warunkach fizycznych zawsze taki sam, niezależnie od metody otrzymania. Rayleigh domyślił się, że próbka azotu otrzymanego z powietrza zawiera domieszkę jakiegoś cięższego gazu, ale nie wiedział jak go wydzielić. Na apel skierowany do chemików pomoc zaoferował William Ramsay, który przeglądając literaturę, natknął się na rozprawę Henry’ego Cavendisha opisującą doświadczenie wykonane przez niego 1785, w którym — jak pisał Cavendish — wykrył on jakiś składnik stanowiący setną część początkowej objętości badanego powietrza — gaz, który nie był ani tlenem, ani azotem czy dwutlenkiem węgla. Informacja ta, zlekceważona przez Cavendisha, była cenna dla Rayleigha i Ramsaya, którzy powtórzyli doświadczenie Cavendisha i uzyskali gaz bez smaku, zapachu i barwy. Skład powietrza badali też inną metodą, wiążąc chemicznie poszczególne składniki. Otrzymany w obu metodach gaz poddali analizie widmowej. Uzyskali widmo nieznanego jeszcze pierwiastka gazowego, który — jak ustalili podczas badania jego ciepła właściwego — był jednoatomowy (znane wówczas gazy miały cząsteczki dwuatomowe). 13 VIII 1894 zgłosili Brytyjskiemu Towarzystwu Chemicznemu odkrycie nowego pierwiastka. Nadali mu nazwę aeron, którą zmienili wkrótce na argon (w XII 1894 bańkę zawierającą 300 ml argonu Ramsay przesłał do laboratorium K. Olszewskiego z prośbą o skroplenie gazu; 1895 Olszewski skroplił i zestalił argon).
zgłoś uwagę
Ilustracje
Rayleigha kąt krytyczny; przykład transformacji energii sprężystej padającej fali podłużnej (L) w falę poprzeczną (S) i jej przejście w falę Rayleigha na granicy 2 ośrodków w zależności od kąta padania (w przybliżeniu geometrycznym) wyk. A. Dukata/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia