Клапейрон, Бенуа Поль Эмиль

(1799-1864) французский физик и инженер-строитель

Бснуа Поль Эмиль Клапейрон родился в январе 1799 года в Париже. Завершив среднее образование в одном из лицеев, он в 1816 году поступил в Политехническую школу, которую окончил в 1818 году, получив специальность военного инженера. После окончания школы он приступил к работе во Французском горном корпусе в должности инженера-ученика и одновременно посещал занятия в Минной школе.

В 1819 году Клапейрон, выполняя обязанности горного инженера, совершает поездки по Гарцу — горному району, богатому полезными ископаемыми, такими, как медь, серебро, цинк, свинец и другие. Вместе со своим другом Бабрижем Ламе, тоже выпускником Политехнической школы, он знакомится с рудниками и шахтами, а также вникает в детали горнорудного производства. Результатом этой творческой инженерной работы явились две первые публикации Клапейрона: одна была посвящена зубчатым колесам, другая — описанию парохода.

После возвращения молодые исследователи получили приглашение от генерала русской службы П.П.Базена поехать в петербургский Институт инженеров путей сообщения в качестве преподавателей, где они работали с июня 1821 года по 1831 год. В институте большое внимание уделялось изучению математики, механики и основам строительного дела.

В России Клапейрон был назначен заведующим кафедрами механики и химии. Разрабатывая курс механики, он добавил в нее новые разделы — о паровых машинах, ветряных мельницах и т.д. Кроме того, он был первым лектором в России, который разделил курс механики на два: прикладную и теоретическую (рациональную), учитывая важность прикладного характера механики. Аналогичное деление (на прикладную и теоретическую) он осуществил и в курсе химии.

Кроме разработки и чтения лекций по механике и химии Бенуа Клапейрон в 1827—1828 годах руководил проектами выпускников и читал лекции по астрономии, в 1829—1830 годах прочитал разработанный им курс построений (инженерной графики) и совместно с Ламе организовал курс «Новые открытия и усовершенствования в художествах, относящиеся до предметов, преподаваемых в институте». Молодые преподаватели пытались кроме обязательных организовать чтение публичных лекций, организация которых успешно завершилась только в 1830 году.

Среди коллег Клапейрон пользовался признанием как крупный ученый и думающий инженер. Ему были свойственны отзывчивость, научная честность и добросовестность, доброта, проявляющаяся в отношениях с людьми.

Свою преподавательскую деятельность Бенуа Клапейрон успешно совмещал с научными изысканиями. В период пребывания в России он много внимания уделял таким инженерным вопросам, как углубление рек и каналов, сооружение шлюзов, изыскание новых систем водных коммуникаций, а также строительство мостов из различных материалов.

Как руководителю кафедры химии Клапейрону было поручено изучить свойства известей русских месторождений для возможного их применения в строительстве. После тщательных исследований выяснилось, что русские извести ни в чем не уступают привозным. Под его руководством были проведены первые испытания изготовленного в России бетона и его первое применение для строительства опор моста.

В связи с развитием конструкций цепных мостов в конце 1825 года Клапейрон проводил испытания прочности русского железа, которое шло на изготовление цепей, и доказал пригодность его для строительства мостов. Он много и плодотворно занимался проектированием, а также был членом многих комиссий по изучению проектов и смет, рецензировал изобретения и усовершенствования. В противовес другим иностранным специалистам, работавшим в России и заинтересованным в выгоде зарубежных фирм, которые снабжали Россию сырьем и готовой продукцией, Клапейрон все поручаемые ему исследования проводил очень добросовестно. О его научной компетенции всегда очень высоко отзывались руководители различных ведомств и министерств. В 1830 году в знак признания научных заслуг Клапейрон был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.

В петербургский период жизни он опубликовал свыше десятка работ, получивших достойную оценку и признание современников. В 1826 году он публикует работу «Об устройстве сводов», в 1827 году — «О построении веревочных многоугольников» и «О приложении статики к решению задач, входящих в теорию наименьших расстояний». Как исследователь Клапейрон сформировался именно в России. Здесь он получил огромные возможности для приложения и развития своих способностей, а также проявил себя как знающий наставник и опытный инженер.

В 1831 году Клапейрон и Ламе были вынуждены покинуть Россию. Причину внезапного отъезда установить сей-

час трудно. Выросшие в бурные революционные годы молодые люди не могли не иметь передовых взглядов. Ученых неоднократно предупреждали о недопустимости высказываний по поводу революции 1830 года, но, имея независимый характер, воспитанные в свободном духе, они смело и бурно выражали горячее одобрение молодой республике. Ответным ходом на вольнодумство и непослушание Клапейрона была его командировка в Вытергу в конце 1830 года вплоть до лета 1831 года. Такая длительная командировка среди профессорского состава была исключением.

Возвратившись из командировки, Клапейрон продолжил свою преподавательскую деятельность, но вскоре подал заявление об отставке. Отставка, к всеобщему удивлению, была принята незамедлительно, видимо, из-за опасения его революционного духа.

После возвращения во Францию Бенуа Клапейрон продолжал заниматься инженерной деятельностью. Под его руководством проходило строительство железной дороги Париж — Сен-Жермен, Бордо — Войона, одновременно он проектировал и руководил строительством мостов через Гаронну, Сену и другие реки, предлагал простые методы расчета. За заслуги в инженерном строительстве Клапейрона избрали членом Парижской Академии наук (1858), он занимал посты в различных комиссиях и комитетах Академии, являлся консультантом различных обществ и компаний, занимающихся строительством крупных железных дорог и мостов.

В 18.44 году Клапейрон был назначен профессором Школы мостов и дорог в Париже, где читал созданный им курс «Паровые машины». Он был неоднократно награжден и премирован за большой вклад в науку.

Физические исследования Клапейрона посвящены теплоте, пластичности и равновесию твердых тел. Он внес существенный вклад в область термодинамики. Клапейрон на протяжении многих лет с увлечением занимался разработкой лекционного курса «Паровые машины». Среди источников по соответствующей тематике ему попалась работа французского физика Сади Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу», в которой ученый впервые показал, что полную работу можно получить лишь в случае перехода тепла от нагретого тела к более холодному. Идеи, высказанные С.Карно, увлекли Клапейрона, и в 1834 году он придал им математическую форму.

Первым оценив большое научное значение труда Карно, содержащего фактически формулировку второго начала термодинамики, Клапейрон сделал этот труд доступным для понимания, что способствовало дальнейшему развитию разработанного им учения о тепловых машинах. Бенуа Клапейрон, исходя из идей С.Карно, впервые ввел в термодинамику графический метод изображения термодинамических процессов, в частности, предложил систему координат P-V. Этот метод давал возможность наглядно представить изменение параметров, характеризующих процессы, а также применять математические методы для их расчетов.

Наибольшую известность Клапейрону принесло выведение в 1834 году уравнения состояния идеального газа, обобщенное в 1874 году русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Это уравнение называют уравнением Менделеева-Клапейрона. Клапейрон первым понял значение этого уравнения для описания свойств газов и начал им пользоваться для расчета тепловых процессов. Он одним из первых среди ученых поднял вопрос о значении механического эквивалента теплоты и предпринял первые попытки к его определению. Клапейрону принадлежит вывод зависимости температуры плавления и кипения вещества от давления, получивший название уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Немецкий физик Рудольф Клаузиус (1822—1888) обосновал эту зависимость в 1851 году. Клапейрон получил одно из важнейших уравнений термодинамики, использующееся для расчета тепловых констант, — уравнение фазового перехода. Для этого он распространил выводы, полученные для идеального газа, на двухфазную систему «жидкость — пар».

Таким образом, работа Клапейрона стимулировала дальнейшие исследования ученых в области тепловых явлений и способствовала созданию термодинамики.

Бенуа Клапейрон до последних дней был связан с Россией, давал высокую оценку системе подготовки, принятой в Институте инженеров путей сообщения. Он встречался с русскими инженерами, бывавшими в Париже, обсуждал с ними инженерные идеи, консультировал и советовал. В 1859 году Клапейрон был приглашен на юбилей института в Петербург, но, сославшись на слабость здоровья и длительность путешествия, на празднества не поехал.

Бенуа Поль Эмиль Клапейрон умер 28 января 1864 года в Париже в возрасте шестидесяти пяти лет. Одна из улиц города названа его именем в память о заслугах перед Францией и наукой.