Nacimiento |
25 de marzo de 1865 Mulhouse ( Francia ) |
---|---|
Muerte |
24 de octubre de 1940 Lyon ( Francia ) |
Nacionalidad | francés |
Áreas | Física , magnetismo |
Instituciones |
Universidad de Rennes Universidad de Lyon Escuela Politécnica Federal de Zúrich Universidad de Estrasburgo |
Diplomado |
Ingeniero mecánico EPFZ Agrégé en ciencias físicas École normale supérieure (París) Doctor en ciencias físicas Universidad de París |
Estudiantes de doctorado | Louis Néel |
Reconocido por | Estudios sobre ferromagnetismo, dominio de Weiss , ley de Curie-Weiss , magneton de Weiss , teoría de campos moleculares, efecto magnetocalórico |
Pierre Ernest Weiss , nacido el25 de marzo de 1865en Mulhouse ( Alto Rin ) y murió el24 de octubre de 1940en Lyon , es un físico francés especializado en magnetismo , es decir mecanismos que provocan la magnetización de materiales. En particular, buscó saber por qué y cómo una sustancia como el hierro puede magnetizarse fuerte y permanentemente mientras que la mayoría de los otros materiales permanecen inertes o magnetizan débil y transitoriamente cuando se colocan en presencia de un campo magnético.
Pierre Weiss realizó importantes descubrimientos teóricos que lo llevaron a inventar electroimanes muy poderosos. Enseñó en Rennes , Lyon , en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich, donde había sido estudiante, y finalmente en Estrasburgo . En estas Universidades fundó laboratorios reconocidos por sus investigaciones y los investigadores que allí se formaron.
Pierre Weiss nació en Mulhouse el 25 de marzo de 1865, hijo mayor de Emile Weiss, director de hilatura, e Ida Schlumberger. Tenía 5 años cuando Alsacia se convirtió en alemana. Hizo sus estudios secundarios en Mulhouse. Luego se marchó para realizar estudios superiores en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich , donde obtuvo, en 1887, el diploma de ingeniero mecánico, y el primer lugar en la clasificación de su promoción. Cuando llega a la mayoría de edad, elige la nacionalidad francesa. En 1887 se prepara en el Lycée Saint Louis de París para el examen de acceso a la École normale supérieure donde ingresa en 1888. Paralelamente a sus estudios en la ENS, se prepara para las licencias en ciencias físicas y en ciencias. Matemáticas en la Facultad de Ciencias de París . Obtuvo la graduación en Ciencias Físicas en 1893. Permaneció en la ENS como asociado-preparador y elaboró su tesis doctoral. Durante este período parisino, se hizo amigo de algunos de sus camaradas que se convertirían en matemáticos famosos, Elie Cartan , Henri Lebesgue y Emile Borel , y de físicos famosos, Aimé Cotton , Jean Perrin y Paul Langevin .
En 1895 fue nombrado profesor asociado de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Rennes . En 1896 defendió su tesis doctoral en ciencias físicas sobre "Investigación sobre la magnetización de magnetita cristalizada y algunas aleaciones de hierro y antimonio" frente a la Facultad de Ciencias de la Universidad de París . El jurado está presidido por Charles Friedel e incluye a Edmond Bouty y Henri Pellat .
En octubre de 1896, Pierre Weiss se casó en París con Jane Rancès. Su hija, Nicole, se casará con el matemático francés Henri Cartan .
En ese momento estalló el asunto Dreyfus . Según el testimonio de sus descendientes recogido por Nicolas Ballet, Pierre Weiss se une a los intelectuales que defienden a Alfred Dreyfus , un alsaciano nacido en Mulhouse y politécnico como él. Esta postura le valió una hostilidad difícil de sostener por parte de sus compañeros y estudiantes de la Universidad de Rennes. Por tanto, aceptó "con alivio" el puesto de profesor que le ofreció la Universidad de Lyon en 1899.
Mientras que en Lyon, Pierre Weiss no tenía perspectivas de convertirse en profesor, el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich le ofreció, en 1902, un puesto de profesor de física y director de su Instituto de Física, propuesta que aceptó. En 1907 publicó el trabajo que lo haría famoso sobre la naturaleza del ferromagnetismo y su concepto de campo molecular. Fue durante este tiempo que conoció a Albert Einstein y Peter Debye , profesores de la Universidad de Zúrich. Durante la Primera Guerra Mundial, regresó a Francia. Fue asignado a la Oficina de Invenciones durante dos años. Trabajó con Aimé Cotton en el desarrollo de un sistema para localizar posiciones de artillería por sonido, el método Cotton-Weiss.
En 1919, la Kaiser-Wilhelms-Universität de Strasbourg cesó sus actividades. Bajo II e Reich, la Universidad ha recibido medios sustanciales, pero después de la guerra, la situación no es brillante. Weiss forma parte de la comisión encargada de evaluar el trabajo necesario para reintegrar la Universidad de Estrasburgo en la Universidad francesa. El presidente de la República, Raymond Poincaré , declara que "la Universidad de Estrasburgo debe ser, después de la victoria de Francia, más próspera y floreciente que bajo la dominación alemana" . Así, además de las facultades tradicionales, se crearon institutos especializados para promover la investigación. En este contexto, Pierre Weiss se convirtió en profesor de física en la Universidad de Estrasburgo y director del Instituto de Física. Recrea en Estrasburgo un Instituto dedicado a la investigación del magnetismo, similar al que había creado en Zúrich. Obtuvo puestos para reunir a su alrededor a la mayoría de sus empleados de Zúrich, Gabriel Foëx, Robert Forrer y Edmond Bauer . Viudo en 1919, Pierre Weiss se volvió a casar en 1922 con la física Marthe Klein (1885-1953). En 1926, Pierre Weiss fue elegido miembro de la Academia de Ciencias de París. En esta ocasión publica sus Títulos y Obras.
Según Francis Perrin , hijo de su amigo Jean Perrin, “Pierre Weiss era delgado y bastante alto. Era un hombre distinguido, sumamente cortés, que llevaba una pinza en la nariz y un collar roto que le daba un aire elegante. Su cabello y su espeso bigote se volvieron blancos cuando aún era joven. "
Louis Néel , un joven asociado egresado de la Ecole Normale Supérieure, llegó a su laboratorio para preparar su tesis en 1928. Se convirtió en su asistente en 1932 y lo sucedió en la cátedra de Física en la Universidad de Estrasburgo en 1937. Louis Néel testificó de este periodo:
“Pierre Weiss era muy cercano a Jean Perrin y fue la Caisse nationale des sciences de la que estaban a cargo la que me concedió una beca en 1931 o en 1932. También era muy 'Front populaire' y había desfilado en París con un puño levantado. Sin embargo, estaba muy mal visto en Estrasburgo, donde la población era bastante conservadora. Recuerdo que cuando tuve que evacuar los dispositivos de la Facultad de Ciencias [en 1939], dispositivos que pesaban dos o tres toneladas, me comuniqué con los talleres de la Compañía de Construcción Mecánica de Alsacia en Graffenstaden. Quería preguntarles por el personal de manipulación, pero me rechazaron amablemente: "¿El laboratorio de Pierre Weiss? ¿El Frente Popular? ¡De ninguna manera!". y me mandaron a dar un paseo. "En 1939, no siguió el traslado de la Universidad de Estrasburgo a Clermont-Ferrand, sino que siguió a su amigo Jean Perrin a Lyon, donde murió en 1940.
Pierre Weiss está interesado en las propiedades magnéticas de la materia en presencia de un campo magnético externo. Su investigación es parte de una larga serie de trabajos iniciada por Michael Faraday en 1845 y continuada por André-Marie Ampère , James Clerk Maxwell , James Ewing , Pierre Curie y Paul Langevin . Estos trabajos se desarrollan en el marco de la física clásica complementados con la termodinámica estadística de Ludwig Boltzmann . Pierre Weiss se hace cargo del trabajo de Curie y Langevin. Sienta las bases de la teoría del ferromagnetismo que posteriormente será reinterpretada por Werner Heisenberg y Niels Bohr en 1929 en el marco de la mecánica cuántica. Y fue Louis Néel , alumno de Pierre Weiss, quien continuó esta investigación por la que obtuvo el Premio Nobel de Física en 1970.
Michael FaradaySe sabe desde la antigüedad que ciertos minerales como la magnetita atraen objetos de hierro e incluso les otorgan magnetización permanente. Estos materiales se denominan ferromagnéticos . Faraday nota que cuando coloca una barra de hierro entre los polos de un imán, la barra se alinea con las líneas del campo magnético mientras que, cuando coloca una barra de vidrio, la barra asume una posición perpendicular a las líneas de campo. Considera que, bajo la influencia de un campo magnético externo, los materiales adquieren magnetización. Si esta magnetización está en la misma dirección que el campo, nombra el material paramagnético. Si la magnetización inducida está en la dirección opuesta al campo aplicado, nombra el material diamagnético.
Pierre CurieEn su tesis publicada en 1895, Pierre Curie muestra que la magnetización inducida es proporcional al campo magnético externo:
siendo la magnetización, la susceptibilidad magnética y el campo magnético externo. El factor es positivo en materiales paramagnéticos ( está en la dirección de ) y negativo en materiales diamagnéticos ( está en la dirección opuesta de ).
Curie también encuentra que la magnetización de los materiales diamagnéticos es independiente de la temperatura, mientras que la magnetización de los paramagnéticos disminuye cuando aumenta la temperatura:
o ( ley de Curie )siendo el coeficiente de Curie y la temperatura en Kelvin. También descubre que, más allá de una determinada temperatura específica de cada material ( temperatura de Curie ), ya no es posible ninguna magnetización en la dirección del campo. Los paramagnéticos se vuelven diamagnéticos.
Pierre Curie distingue, entre los paramagnéticos, los materiales ferrosos que magnetizan mucho más que otros. Él llama a estos materiales "ferromagnéticos". No puede encontrar una explicación que explique su susceptibilidad magnética mil veces mayor que la de los paramagnéticos ordinarios. Fue Pierre Weiss quien dedicó su investigación a ello y descubrió el origen del comportamiento magnético de estos materiales.
Investigación preliminar de Pierre WeissLas primeras obras de Pierre Weiss son contemporáneas a las de Pierre Curie. Aunque mayor, Pierre Curie solo defendió su tesis de física en 1895, a los 37 años, y Pierre Weiss defendió la suya en 1896, a los 31 años. Para su tesis, Pierre Weiss está estudiando las propiedades de la magnetita (Fe 3 O 4 ). Observa que la magnetización de un cristal aislado depende de su orientación con respecto al campo magnético: el cristal de magnetita, aunque de red cúbica, no es isotrópico con respecto al campo magnético.
Weiss descubrió más tarde que la pirrotita , un sulfuro de hierro que cristaliza en el sistema monoclínico prismático , solo magnetiza en el plano perpendicular al eje principal del cristal. Luego descubre que en este plano hay una dirección de magnetización fácil, según la cual la saturación (la magnetización máxima) se obtiene con un campo magnético externo relativamente débil, y una dirección de magnetización difícil según la cual la magnetización es posible pero la saturación requiere un externo. campo 1000 veces más intenso.
Paul LangevinPaul Langevin era siete años menor que Pierre Weiss, de quien había sido estudiante en la ENS. En 1905, expuso una teoría sobre el origen de la magnetización de para y diamagnética. Retoma la idea propuesta por Ampère y Weber : la magnetización resulta de la existencia de microcircuitos eléctricos que crean imanes microscópicos dentro de los materiales. Propone que los microcircuitos están formados por electrones que giran en órbitas cerradas dentro de las "moléculas" de la materia. La teoría atómica del núcleo rodeado de electrones no fue formulada hasta 1913 por Niels Bohr . Cuando estos microimanes se orientan al azar, macroscópicamente, el material no está magnetizado. Cuando se colocan en un campo magnético externo, los microimanes se orientan según la dirección y la dirección del campo magnético (paramagnético), o en la dirección pero en la dirección opuesta del campo (diamagnético). Cuando cesa el campo externo, los átomos retoman su orientación aleatoria, el material no retiene ninguna magnetización. En su teoría, Langevin presupone explícitamente que los microimanes elementales se orientan según el campo magnético externo pero no ejercen ninguna influencia entre sí.
Para interpretar la ley de Curie, Langevin considera que todos los elementos magnéticos del medio paramagnético se comportan según la termodinámica estadística de Ludwig Boltzmann . A medida que aumenta la temperatura, aumenta la agitación térmica. La energía térmica se opone a la alineación de los microimanes. A la temperatura de Curie, la energía térmica excede la energía magnética de alineación de los micro-imanes. No hay más magnetización.
Dominios WeissEn 1906, Pierre Weiss retomó los conceptos de Paul Langevin y los aplicó a los materiales ferromagnéticos. A diferencia de Langevin, tiene en cuenta la influencia de la magnetización de los microimanes entre sí. Asume que estos materiales están formados por pequeños dominios, los dominios de Weiss , donde muchos micro-imanes están orientados en la misma dirección. Los diferentes dominios yuxtapuestos tienen magnetizaciones cuya orientación es aleatoria o más o menos dirigida en una dirección privilegiada en ausencia de un campo externo, lo que explica por qué estos materiales pueden aparecer como imanes permanentes. Cuando un objeto ferromagnético, como la magnetita, por ejemplo, se coloca en un campo magnético fuerte, retiene una magnetización significativa cuando se aleja del campo externo. Pierre Weiss explica este comportamiento por el hecho de que cada dominio está rodeado por otros dominios cuyo campo magnético contribuye a mantener la orientación de su magnetización: hay un efecto estabilizador del campo circundante, al que llama campo medio o campo molecular, lo que Los físicos anglosajones llamarán Teoría del campo medio o Teoría del campo medio de Weiss . Esta teoría permite dar cuenta de las propiedades de los materiales ferromagnéticos. Será retomado por Niels Bohr y Werner Heisenberg, quienes le darán una formulación cuántica.
Weiss MagnetonPierre Weiss tenía 32 años en 1897 cuando JJ Thomson anunció el descubrimiento del electrón, la partícula portadora de la carga eléctrica negativa elemental. Por tanto, es lógico que después de haber planteado su teoría del ferromagnetismo, basada en la existencia de microimanes elementales organizados en dominios, Pierre Weiss busque calcular el valor de la magnetización (el momento magnético) de un microimán elemental, el magnetón . Intenta deducir este valor a partir de la medición de la magnetización por saturación de varios metales y sales ferromagnéticas. Weiss publica varios valores. Este enfoque despierta el interés y el escepticismo de los físicos adeptos a la teoría cuántica. Interés porque el objetivo de definir un magnetón es fundamental. Escepticismo porque la teoría del magnetón solo puede establecerse en el marco de la mecánica cuántica. Así es como el magneton de Weiss da paso al magneton de Bohr , definido a priori de manera sencilla por Wolfgang Pauli en 1920:
es la carga elemental , es la constante de Planck reducida , es la masa del electrón . Ley de Weiss-CuriePierre Weiss comenta que la disminución de la magnetización cuando aumenta la temperatura solo sigue la ley de Curie en ciertos casos particulares. Se descubrió que en el caso general, la reducción susceptibilidad magnética es proporcional, no la temperatura, pero la diferencia entre la temperatura a una temperatura constante T C . Esta es la ley de Curie-Weiss .
Para los materiales ferromagnéticos, la alta magnetización desaparece por encima de T C . Por debajo de esta temperatura, los materiales retienen una magnetización permanente.
Habiendo revisado la ley de Curie, Pierre Weiss descubrió el fenómeno opuesto: la magnetización de un material provoca un efecto térmico que él llama efecto magnetocalórico .
Pierre Weiss es ingeniero. Diseña, produce o ha construido, a lo largo de su carrera, dispositivos de medida o experimentales para equipar sus laboratorios. En particular, busca las aleaciones metálicas más adecuadas para fabricar imanes permanentes o los núcleos y polos de sus electroimanes. Los electroimanes Weiss han tenido una gran fama y un gran éxito en Europa.
Desde su primera investigación en la ENS, Pierre Weiss exploró la magnetización de diferentes materiales, elementos y aleaciones metálicas. Su tesis presenta los resultados sobre la magnetización de "algunas aleaciones de hierro y antimonio". En la Universidad de Rennes, hizo construir electroimanes por la empresa Jules Carpentier. Estos electroimanes tienen un gran éxito comercial nacional e internacional.
Pierre Weiss está construyendo los electroimanes más potentes del mundo en Zúrich. Para disipar el calor producido por la corriente eléctrica que los alimenta, utiliza, como bobinado, tubos de cobre por los que circula agua. Participa, con Aimé Cotton, en el proyecto de construcción del gran electroimán de Bellevue.
En Estrasburgo, le interesan las aleaciones metálicas que produce con gran precisión en dos salas equipadas con hornos. Tiene todas las técnicas necesarias para medir su composición. Puede determinar su estructura con una máquina de rayos X. También tiene todas las facilidades para estudiar la variación de las propiedades magnéticas de los materiales desde la temperatura del hidrógeno líquido hasta los 1000 ° C.
Pierre Weiss fue nombrado profesor de Física en la EPFZ en 1902. Creó y desarrolló durante 15 años un laboratorio dedicado al estudio del magnetismo. Dota a su laboratorio de todos los dispositivos necesarios, algunos fabricados según sus planos, electroimanes, acumuladores, instrumentos de medida ... Poco a poco reúne a un nutrido equipo de profesores y estudiantes de Suiza, Francia y otros europeos. Según lo informado por su colaborador Gabriel Foëx:
Los entrenó "con su pensamiento muy personal, con la vida que le dio al laboratorio". Supo hacer atractivo el trabajo de todos, mostrar el valor de los resultados obtenidos, plantear nuevos problemas, corregir errores, sin imponer jamás su opinión. Dejó a cada uno su originalidad y le dio la impresión de construir una obra personal. Con tacto, con amplio entendimiento, aseguró situaciones materiales y preparó el futuro de quienes lo merecían. "Louis Néel dice:
“En 1932, comencé como asistente de Pierre Weiss en Estrasburgo [...] Pierre Weiss ya era muy conocido en el extranjero, lo que era excepcional en esa época en que las universidades francesas apenas tenían relación con sus homólogas extranjeras. Era un especialista en ferromagnetismo que tenía un conocimiento profundo del entorno de los físicos alemanes, A. Einstein, W. Pauli, etc. y había sido profesor en el Polytechnikum y director de laboratorio en Zurich. A menudo lo he acompañado al extranjero. Hacíamos conferencias en Suiza y en otros lugares, de hecho, este tipo de práctica no era común en ese momento. El primer congreso verdaderamente internacional para el que se reunieron los mejores magnetistas de Europa e incluso de Estados Unidos se celebró en Estrasburgo en 1939 ".Sus alumnos son Blas Cabrera y Auguste Picard . Físicos de renombre como Paul Ehrenfest y Robert William Wood vienen a trabajar a su laboratorio. Pierre Weiss se hospedó en el laboratorio de Heike Kamerlingh Onnes en Leyden en 1910 para trabajar en el magnetismo a baja temperatura.
Participó en las reuniones del Congreso Solvay en 1913, 1921 y 1930. La reunión de 1930, dedicada al magnetismo, dio un gran lugar al trabajo de su laboratorio.
Pierre Weiss organizó en Estrasburgo, del 21 al 25 de mayo de 1939, la primera Conferencia Internacional sobre Magnetismo. Participan físicos de todo el mundo. Ésta fue la apoteosis de su carrera y de su laboratorio de Estrasburgo porque, unos meses después, el laboratorio se trasladó a Clermont-Ferrand y Pierre Weiss se refugió en Lyon donde, enfermo de cáncer, murió al año siguiente.
La lista a continuación ha sido seleccionada por Francis Perrin