요하너스 디데릭 판데르발스
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1. 개요
요하너스 디데릭 판데르발스는 네덜란드의 물리학자이자 노벨상 수상자로, 기체와 액체의 상태를 설명하는 데 기여했다. 그는 1873년 분자 간의 힘과 분자 자체의 크기를 고려한 반데르발스 상태 방정식을 발표하여 액체와 기체의 연속성을 설명했으며, 이 업적으로 1910년 노벨 물리학상을 수상했다. 판데르발스는 분자 간 인력을 처음으로 가정한 과학자 중 한 명이며, 그의 이름은 반데르발스 힘, 반데르발스 상태 방정식 등 다양한 과학 용어에 사용되고 있다.
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- 요하너스 디데릭 판데르발스 - 반데르발스 힘
반데르발스 힘은 원자, 분자, 표면 간에 작용하는 인력으로, 입자들의 변동하는 극성화 상관관계에서 발생하며, 영구 다극자, 유도된 다극자, 순간 다극자 간 상호작용의 총합으로, 공유결합이나 이온결합보다 약하지만 물질의 물리적·화학적 특성, 생체 분자 상호작용, 도마뱀붙이의 벽면 부착 등에 중요한 역할을 한다. - 요하너스 디데릭 판데르발스 - 분자간 힘
분자간 힘은 분자들 사이의 인력으로, 이온 결합, 수소 결합, 쌍극자-쌍극자 상호작용, 반데르발스 힘 등이 있으며, 물질의 물리적 성질과 상전이 등에 영향을 미치는 다양한 분야에서 연구되는 힘이다. - 네덜란드의 노벨상 수상자 - 피터 디바이
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프리츠 제르니커는 위상차 현미경 발명 및 제르니커 다항식 개발을 통해 광학 분야에 기여하여 1953년 노벨 물리학상을 수상한 네덜란드 물리학자이다. - 19세기 물리학자 - 피에르 퀴리
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레옹 푸코는 푸코 진자를 이용한 지구 자전 증명, 회전 거울을 사용한 빛의 속도 측정, 와전류 발견, 푸코 테스트 고안 등 광학과 역학 분야에 공헌한 프랑스의 물리학자이다.
| 요하너스 디데릭 판데르발스 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 요하네스 디데릭 반 데르 발스 |
| 출생 | 1837년 11월 23일 |
| 출생지 | 네덜란드, 남홀란트주, 레이던 |
| 사망 | 1923년 3월 8일 |
| 사망지 | 네덜란드, 암스테르담 |
| 국적 | 네덜란드 |
| 학문 분야 | |
| 분야 | 이론 물리학, 열역학 |
| 직장 | 암스테르담 대학교 |
| 모교 | 레이던 대학교 |
| 박사 지도 교수 | 페트뤼스 레이커 |
| 박사 학위 제자 | 디데릭 코르테베흐, 빌럼 헨드릭 키솜 |
| 주요 업적 | 현대 분자 물리학의 기초를 놓음 (분자 이론) 현대 분자간력 이론의 창시 대응 상태 법칙 실제 기체 법칙 반 데르 발스 힘 반 데르 발스 상태 방정식 반 데르 발스 반지름 반 데르 발스 표면 반 데르 발스 분자 |
| 수상 | 노벨 물리학상 (1910년) |
| 친척 | 요안 반 데르 발스 (6촌 형제) |
2. 약력과 업적
요하너스 디데릭 판데르발스는 1837년 11월 23일 네덜란드 레이던에서 태어나 어려운 환경 속에서도 독학으로 과학을 공부해 교사가 되었고, 이후 레이던 대학교에서 청강하며 학업을 이어갔다.
- 1864년 데벤터 중학교에 부임하여 교장이 되었다. 얼마 지나지 않아 법이 개정되어 고전어 시험이 면제되면서 레이던 대학교에 입학할 수 있었다.
- 1873년 박사 학위 논문 「액체와 기체의 연속성에 대해(Over de continuïteit van den gas- en vloeistoftoestandnl)」를 발표하여 반데르발스 상태 방정식을 정의하였다. 제임스 클러크 맥스웰은 네이처에서 이 논문을 극찬하였다.
- 1876년 신설된 암스테르담 대학교 물리학 교수로 임명되어 야코뷔스 헨드리퀴스 판트호프, 휘고 드브리스와 함께 대학 발전에 힘쓰며 은퇴할 때까지 머물렀다.
- 1890년 조사이어 윌러드 기브스의 열역학 이론을 분자계에 이용해 두 가지 기체로 이루어진 혼합 기체 이론을 발표하였다.
- 1893년 표면장력에 관한 논문을 발표하였다. 이 논문에서 제시된 「표면 장력은 (Tc - T)α에 비례한다」는 식은 '''판데르발스 식'''으로 불린다.
- 1895년 열역학 퍼텐셜을 운동론적 입장에서 다루는 논문을 발표하였다.
- 1910년 "액체 및 기체의 물리적 상태에 관한 연구" 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다.
- 1923년 3월 9일 암스테르담에서 사망하였다.
- 1937년 암스테르담에서 판데르발스 탄생 100주년을 기념하는 국제 회의가 열렸다.
2. 1. 초기 생애와 교육
1837년 11월 23일 네덜란드의 레이던에서 야코뷔스 판데르발스와 엘리자베스 판 덴 베르흐 사이에서 10명의 자녀 중 장남으로 태어났다.[10] 그의 아버지는 레이던의 목수였다.[10] 19세기 노동자 계급의 아이들이 흔히 그렇듯, 대학교 입학 자격을 주는 중등학교에 다니지 못하고 "고등 초등 교육" 학교를 15세에 졸업했다.[10] 이후 초등학교 교사의 견습생이 되었고, 1856년에서 1861년 사이에 초등학교 교사 및 교장이 되기 위한 자격을 취득했다.[10]거의 독학으로 과학을 공부해 학교 교사가 되었다. 1862년부터 레이던 대학교에서 수학, 물리학, 천문학 강의를 청강하였으나, 라틴어나 그리스어 등 고전 언어 교육을 받지 못해 정규 학생으로 등록할 자격은 없었다.[10] 하지만 레이던 대학교는 외부 학생이 연간 최대 4개의 과정을 수강할 수 있도록 하는 규정이 있었고, 1865년까지 짬을 내서 이곳에서 공부했다.
1863년 네덜란드 정부가 상위 중산층 자녀를 위한 새로운 유형의 중등학교(HBS)를 시작하면서, 당시 초등학교 교장이었던 판데르발스는 HBS의 수학 및 물리학 교사가 되기 위해 2년간 여가 시간에 공부하여 시험을 준비했다. 1864년 데벤터의 HBS에서 물리학 교사로 임명되었고, 1865년 9월 데벤터로 이사하기 직전 18세의 안나 막달레나 스미트와 결혼했다. 1866년에는 헤이그에서 HBS 교사 직책을 얻었는데, 헤이그는 레이던에서 멀지 않아 판데르발스가 레이던 대학교에서 강의를 다시 들을 수 있었다. 얼마 지나지 않아 법이 개정되어 고전어 시험이 면제되면서 판데르발스는 레이던 대학교에 입학할 수 있게 되었다.
2. 2. 교수 임용 및 연구 활동
1873년 판데르발스는 박사 학위 논문 「액체와 기체의 연속성에 대해(Over de continuïteit van den gas- en vloeistoftoestandnl)」를 발표하였다. 이 논문에서 판데르발스는 분자 간의 힘과 분자 자신이 차지하는 공간의 크기를 고려해서 기체와 액체의 모두에 적용될 수 있는 반데르발스 상태 방정식을 정의하였다.[11] 제임스 클러크 맥스웰은 네이처에서 이 논문을 "판데르발스란 이름은 곧 분자 과학의 최첨단에 기록될 것이다.", "이 논문은 네덜란드어 학습 유행을 일으키게 할 것이다."라고 극찬하였다.1876년 신설된 암스테르담 대학교의 물리학 교수로 임명되었다. 야코뷔스 헨드리퀴스 판트호프, 휘고 드브리스와 함께 대학의 육성에 힘쓰며 외부로부터의 초대도 마다하고 은퇴할 때까지 머물렀다.
1890년 조사이어 윌러드 기브스의 열역학 이론을 분자계에 이용해 두 가지 기체로 이루어진 혼합기체 이론을 발표하였다. 1893년 표면장력에 관한 논문을 발표하였다. 이 논문에서 제시된 「표면 장력은 (Tc - T)α에 비례한다」는 식은 '''판데르발스 식'''으로 불리고 있다. 1895년 열역학 퍼텐셜을 운동론의 입장으로부터 다루는 논문을 발표하였다.
2. 3. 노벨상 수상 및 말년
1910년 "액체 및 기체의 물리적 상태에 관한 연구" 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다. 1923년 3월 9일 암스테르담에서 사망하였다.[1] 1937년 암스테르담에서 판데르발스 탄생 백년을 기념하는 국제 회의가 열렸다.[2]3. 과학적 업적과 영향
요하너스 디데릭 판데르발스는 열역학 분야에 주된 관심을 가졌으며, 특히 루돌프 클라우지우스의 1857년 논문 "열이라고 부르는 운동의 종류"에 큰 영향을 받았다.[12][13] 이후 제임스 클러크 맥스웰, 루트비히 볼츠만, 윌러드 기브스의 저작들 또한 그의 연구에 큰 영향을 주었다.
판데르발스는 1869년 토머스 앤드루스가 발견한 유체의 임계 온도 존재에 대한 실험을 설명하는 데 관심을 가졌고,[14] 1873년 논문 "기체와 액체 상태의 연속성"에서 응축 현상과 임계 온도를 반정량적으로 설명하는 데 성공했다.[15] 이 논문은 제임스 클러크 맥스웰이 네이처에 칭찬하는 글을 기고할 정도로 물리학계에서 즉시 인정받았다.[16]
그는 자신의 이름을 딴 상태 방정식을 유도하여 물질의 액체와 기체 상태가 연속적으로 융합되는 모델을 제시했고, 이를 통해 두 상태가 동일한 본질을 가지고 있음을 보여주었다. 또한, 분자의 존재뿐만 아니라 분자가 유한한 크기를 가지며 서로 끌어당긴다는 가정을 통해 분자간 힘 (반 데르 발스 힘)을 처음으로 제안한 사람 중 한 명이 되었다.[17]
1880년에는 상사 상태 법칙을 발견하여 판데르발스 상태 방정식을 임계 압력, 임계 부피, 임계 온도의 함수로 표현할 수 있음을 보였다. 이 법칙은 제임스 듀어의 수소 액화 (1898년)와 헤이케 카메를링 오네스의 헬륨 액화 (1908년) 실험의 지침이 되었다. (반 데르 발스 방정식 참조)
1890년에는 열역학 제2법칙을 자신의 상태 방정식과 관련시킨 "이원 용액 이론"을 발표했고, 1893년에는 모세관 현상 이론을 제시하여 피에르시몽 라플라스의 고전역학적 관점과는 다른 열역학적 접근 방식을 취했다.[18][19]
3. 1. 반데르발스 상태 방정식
루돌프 클라우지우스가 분자 운동론을 바탕으로 이상 기체의 법칙을 유도한 논문에서 그의 연구가 시작되었다. 그는 앤드루스가 이산화 탄소의 상태를 조사하여 임계 온도를 발견한 실험(1869년)을 분자론적으로 설명하고자 했다. 이를 위해 이상 기체 상태 방정식에 분자 간 인력(반 데르 발스 힘)과 분자 크기를 나타내는 두 개의 상수(반 데르 발스 상수)를 도입하여 실험 결과를 성공적으로 설명했다.분자 간 힘과 크기는 기체마다 다르므로, 초기에 발견된 상태 방정식의 상수는 기체마다 다른 값을 가졌다. 그러나 추가 연구를 통해 온도, 압력, 부피의 척도를 조정하면 다양한 기체와 액체의 성질을 동일한 상태 방정식으로 나타낼 수 있다는 법칙을 발견했다. 이러한 발견은 제임스 듀어의 수소 액화와 오너스의 헬륨 액화 방법 개발에 기여했다.
이후 클라우지우스를 비롯한 여러 물리학자들이 반 데르 발스 상태 방정식의 오차를 줄이기 위해 다양한 방정식을 제시했지만, 분자 간 힘과 분자 크기를 고려해야 한다는 판데르발스의 직관은 여전히 유효하다.
3. 2. 분자간 힘과 분자 크기의 개념
루돌프 클라우지우스는 분자 운동론을 바탕으로 이상 기체의 법칙을 이끌어냈다. 판데르발스는 그의 연구에서 영향을 받아, 앤드루스가 이산화 탄소의 상태를 자세히 조사하고 임계 온도를 구한 실험(1869년)을 분자론적으로 설명하고자 했다. 그는 이상 기체 상태 방정식에 분자 간의 인력(반 데르 발스 힘)과 분자의 크기를 나타내는 두 개의 상수(판데르발스 상수)를 도입하여 실험 결과를 성공적으로 설명했다.[12][13][14][15][16]판데르발스가 처음 발견한 상태 방정식의 상수는 기체마다 다른 값을 가졌는데, 이는 분자 간의 힘과 분자의 크기가 기체에 따라 다르기 때문이다. 그러나 그는 연구를 더 진행하여 온도, 압력, 부피의 척도를 바꾸는 것만으로 많은 기체나 액체의 성질이 같은 상태 방정식으로 나타난다는 법칙을 발견했다. 이 성과는 제임스 듀어의 수소 액화나 헤이커 카메를링 오너스의 헬륨 액화 방법 개발에 기여했다.
이후, 반 데르 발스 상태 방정식의 오차를 줄이기 위해 클라우지우스 등 많은 물리학자들이 여러 방정식을 제안했지만, 분자 간의 힘과 분자의 크기를 고려하는 판데르발스의 직관은 그대로 유지되었다.
4. 판데르발스의 이름을 딴 용어
- 반데르발스 힘: 분자 간에 작용하는 약한 인력이다.
- 반데르발스 결합: 반데르발스 힘에 의한 분자 간 결합이다.
- 반데르발스 상태 방정식: 실제 기체의 상태를 나타내는 방정식이다.
- 반데르발스 반지름: 분자의 유효 크기를 나타내는 반지름이다.
참조
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웹사이트
Plots ging het licht schijnen
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Mare
2019-05-16
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2008-10-09
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문서
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문서
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문서
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간행물
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[14]
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Over de Continuiteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (on the continuity of the gas and liquid state)
http://ilorentz.org/[...]
[16]
학술지
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학술지
Johannes Diderik van der Waals: A Pioneer in the Molecular Sciences and Nobel Prize Winner in 1910
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학술지
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웹사이트
Honorary members
https://en.kncv.nl/k[...]
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웹사이트
(32893) van der Waals = 1994 EM6 = 2001 UB93
https://minorplanetc[...]
Minor planet center
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