Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 27 Νοεμβρίου

Ο Νορβηγός χημικός Lars Onsager γεννήθηκε σαν σήμερα το 1903

Έγχρωμη φωτογραφία ανταύγειας, που χρησιμοποιείται
για τη φωτογράφηση διάφανων μέσων όπως ο αέρας,
αποκαλύπτει τη θερμική μεταφορά από ένα ανθρώπινο χέρι
(σε σιλουέτα) στην αρχικά ακίνητη ατμόσφαιρα που το 
περιβάλει. Τέτοια φαινόμενα μεταφοράς (convection) 
ερμηνεύει ο 4ος νόμος της θερμοδυναμικής του Ονσανγκερ

Του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1968 για το έργο του σε μια γενική θεωρία για τις μη αναστρέψιμες χημικές διεργασίες. Είναι γνωστό ως "οι αντίστροφες σχέσεις του Onsager", και μπορεί να περιγραφεί ως ένας καθολικός φυσικός νόμος, και έχει μεγάλο εύρος και σημασία στη φυσική και τη χημεία.

Το 1925 ο Ονσάγκερ σε ηλικία 22 ετών, τη χρονιά που πήρε το πτυχίο του σαν Χημικός μηχανικός, βρήκε μια διόρθωση στη θεωρία Debye-Hückel για τα ηλεκτρολυτικά διαλύματα, ώστε να προσδιορίσει τη κίνηση Μπράουν των ιόντων στα διαλύματα, και το 1926 το δημοσίευσε. Ταξίδεψε στη Ζυρίχη, όπου διδάσκει ο Peter Debye, και τον προκάλεσε λέγοντάς του ότι η θεωρία του ήταν λάθος. Εντυπωσίασε τόσο πολύ τον Debye ώστε τον προσκάλεσε να γίνει βοηθός του στο Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (Eidgenössische Technische Hochschule: ETH) στη Ζυρίχη, όπου παρέμεινε μέχρι το 1928.

Τελικά το 1928 πήγε στις Ηνωμένες Πολιτείες για να πάρει θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins(JHU) στη Βαλτιμόρη, Μέριλαντ. Στο JHU έπρεπε να διδάσκει μαθήματα πρωτοετών στη χημεία και γρήγορα έγινε φανερό ότι, ενώ ήταν μια μεγαλοφυΐα στην ανάπτυξη θεωριών στη φυσική χημεία, είχε ελάχιστο ταλέντο για διδασκαλία. Απολύθηκε από το JHU μετά από ένα εξάμηνο.

Όταν έφυγε από την JHU, αποδέχτηκε μια θέση (που αφορούσε τη διδασκαλία της στατιστικής μηχανικής σε μεταπτυχιακούς φοιτητές της χημείας) στο Πανεπιστήμιο Brown στο Providence του Ρόντ Άιλαντ, όπου κατέστη σαφές ότι δεν ήταν καλύτερος στο να διδάσκει προχωρημένους φοιτητές απ' ότι στους πρωτοετείς. Αλλά έκανε σημαντική συνεισφορά στη στατιστική μηχανική και στη θερμοδυναμική. Το 1933, όταν η Μεγάλη Ύφεση περιόρισε την ικανότητα του Πανεπιστημίου να υποστηρίξει ένα μέλος της σχολής που ήταν χρήσιμος μόνο ως ερευνητής και όχι ως δάσκαλος, αφέθηκε ελεύθερος από το Brown, αλλά μετά από ένα ταξίδι στην Ευρώπη προσλήφθηκε από το Πανεπιστήμιο του Yale, όπου παρέμεινε μέχρι τη συνταξιοδότησή του το 1972.

Η έρευνά του στο Brown αφορούσε κυρίως τις επιπτώσεις της διάχυσης στις διαβαθμίσεις της θερμοκρασίας και παρήγαγε τις αντίστροφες σχέσεις του Onsager στη στατιστική μηχανική. Μια σειρά εξισώσεων που δημοσιεύθηκαν το 1929 και, σε μια εκτεταμένη μορφή, το 1931,  των οποίων η σημασία δεν αναγνωρίστηκε για πολλά χρόνια. Ωστόσο, η αξία τους έγινε εμφανής κατά τη διάρκεια των δεκαετιών που ακολούθησαν τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο και το 1968 θεωρήθηκαν αρκετά σημαντικές για να δώσουν στον Onsager το βραβείο Νόμπελ Χημείας.

Στη θερμοδυναμική, οι αντίστροφες σχέσεις Onsager εκφράζουν την ισότητα ορισμένων σχέσεων μεταξύ ροής και δυναμης σε θερμοδυναμικά συστήματα εκτός ισορροπίας, αλλά όπου υπάρχει μια έννοια τοπικής ισορροπίας.
Οι "αντίστροφες σχέσεις" εμφανίζονται μεταξύ διαφορετικών ζευγών δυνάμης και ροής σε μια ποικιλία φυσικών συστημάτων. Για παράδειγμα, εξετάστε ρευστά συστήματα που περιγράφονται με όρους θερμοκρασίας, πυκνότητας ύλης και πίεσης. Σε αυτή την κατηγορία συστημάτων, είναι γνωστό ότι οι διαφορές θερμοκρασίας οδηγούν σε ροή θερμότητας από το θερμότερο στα ψυχρότερα μέρη του συστήματος. Ομοίως, οι διαφορές πίεσης θα οδηγήσουν στη ροή ύλης από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης. Αυτό που είναι αξιοσημείωτο είναι ότι διαφορά θερμοκρασίας σε σταθερή πίεση μπορούν να προκαλέσουν ροή ύλης, όπως στη μεταφορά ύλης (convection) που φαίνεται στην εικόνα παραπάνω. Ομοίως οι διαφορές πίεσης σε σταθερή θερμοκρασία μπορούν να προκαλέσουν ροή θερμότητας.

Ίσως με έκπληξη, η ροή θερμότητας ανά μονάδα διαφοράς πίεσης και η ροή πυκνότητας (ύλης) ανά μονάδα διαφοράς θερμοκρασίας είναι ίσες. Αυτή η ισότητα αποδείχτηκε απαραίτητη από τον Lars Onsager χρησιμοποιώντας τη στατιστική μηχανική ως συνέπεια της χρονικής αναστρεψιμότητας της μικροσκοπικής δυναμικής (μικροσκοπική αναστρεψιμότητα).

Η θεωρία που αναπτύχθηκε από τον Onsager είναι πολύ πιο γενική.  Για την ανακάλυψη αυτών των αντιστρόφων σχέσεων, ο Lars Onsager τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1968. Η ομιλία παρουσίασης αναφέρεται στους τρεις νόμους της θερμοδυναμικής και στη συνέχεια προσθέτει "Μπορούμε να πούμε ότι οι αντίστροφες σχέσεις του Onsager αντιπροσωπεύουν έναν περαιτέρω νόμο που καθιστά δυνατή τη θερμοδυναμική μελέτη των μη αναστρέψιμων διεργασιών." Ορισμένοι συγγραφείς θεωρούν τις σχέσεις του Onsager ως τον "Τέταρτο νόμο της θερμοδυναμικής".
Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By Gary Settles - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29523610 

Επίσης: Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  27 Νοεμβρίου

Υπο: Olof Arenius - richardnilsendotcom1.files.wordpress.com
στο https://richardnilsen.com/2013/03/18/the-measure-of-humankind/,
Public Domain, commons.wikimedia

Ο Άντερς Κέλσιος (Anders Celsius), ο σουηδός αστρονόμος και φυσικός γεννήθηκε σαν σήμερα το 1701. Ο Κέλσιος ίδρυσε το Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ουψάλα αλλά είναι περισσότερο γνωστός για το ομώνυμο σύστημα μέτρησης θερμοκρασίας που επινόησε. Το περίεργο είναι ότι στο αρχικό σύστημα του Κελσίου, που ονομάζεται εκατοντάβαθμο (100 βήματα), το 0 αντιπροσωπεύει το σημείο βρασμού του νερού, και το 100 ήταν το σημείο ψύξης-πήξης του νερού. Ο Carl Linnaeus αντέστρεψε την κλίμακα το 1745.

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  27 Νοεμβρίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλο το Φθινόπωρο                     Η επόμενη μέρα