约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯(通常称为范德·瓦耳斯或范德华,Johannes Diderik van der Waals,1837年11月23日~1923年3月8日),荷兰物理学家。
曾任阿姆斯特丹大学教授。对气体和液体的状态方程所作的工作。获得1910年诺贝尔物理学奖。化学中有以他名字命名的范德华力(即分子间作用力)。
约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯人物生平编辑 播报 早年时光和教育
1837年11月23日约翰内斯·迪德里克·范德瓦尔斯出生于荷兰莱顿。约翰尼斯·迪德里克是十个孩子中的老大,他的父母名为雅各布斯·范德瓦尔斯( Jacobus van der Waals)和伊丽莎白·范登伯格(Elisabeth van den Berg)。他的父亲是一个住在荷兰莱顿市的木匠。 在十九世纪,工人阶级的孩子通常是没有能力就读中学然后晋升大学就读的。 不过,他接受了“高级初等教育”(advanced primary education),并于十五岁时完成学业。后来,他成为一名小学老师的助教。
1856年至1861年间,他跟着老师学习,顺利考取了成为一名小学老师或班主任的资质。
1862年,他开始在莱顿大学参加数学、物理学和天文学的讲座,尽管他是一个未经录取的正式学生(部分原因是他缺乏古典语言的教育)。然而,莱顿大学有一项规定,允许校外学生一年上四门课。
1863年,荷兰政府创立了一所新中学 (HBS,一所针对高中生的学校),范德瓦尔斯当时是一所小学的校长,他希望成为一名在HBS教授数学及物理的教师,他花了两年的空闲时间为考试做准备。
1865年,他被聘请为在代芬特尔市的HBS的物理教师,在1866年,他在海牙也获得这样的职位,而海牙离莱顿足够近,于是范德瓦尔斯同时到莱顿大学复课。
1865年9月,在搬家到代芬特尔市之前,他与十八岁的安娜·玛格达琳娜·史密特(Anna Magdalena Smit)结婚。 职业生涯
1864年他被任命为一所在代芬特尔市的中学的教师。
1866年他搬到海牙,先是任职老师而之后成为了中学的主任。而范德瓦尔斯仍然缺乏古典语言的知识,这些知识本来可以使他有权参加考试并作为普通学生进入大学。然而,碰巧的是,大学入学的规则发生了变化:通过教育部长的许可,可以免除古典语言的学习参加资格考试。范德瓦尔斯获得了通过了教育部长的许可,并且通过了物理和数学博士资格考试。
1873年6月14日,在莱顿大学,他的博士论文《论气态与液态之连续性》(Over de Continuiteit van den Gas en Vloeistoftoestand)通过了答辩。在这篇论文中,他介绍了分子体积和分子间作用力的概念,还提出了可同时解释气态和液态的“状态方程”。随后,在荷兰皇家科学院院刊(Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Sciences)及Archives Néerlandaises中,许多相关的论文相继发表,并被翻译成其它语言。
1877年9月范德瓦尔斯被任命为新成立的阿姆斯特丹市立大学的第一位物理学教授。他有两个著名的同事——物理化学家雅各布斯·亨里克斯·范托夫(Jacobus Henricus van 't Hoff)和生物学家雨果·德弗里斯(Hugo de Vries)。范德瓦尔斯在70岁退休前一直在阿姆斯特丹大学任教。他的儿子Johannes Diderik van der Waals, Jr.接替了他父亲的职位 [1] ,他同时也是一个理论物理学家。 婚姻家庭
他在1865年娶了Anna Magdalena Smit,两人有三个女儿(Anne Madeleine,Jacqueline Elisabeth(Jacqueline Elisabeth是历史老师和一位知名的女诗人),Johanna Diderica(Johanna Diderica是一位英语老师)和一个儿子——物理学家Johannes Diderik, Jr.),Johannes Diderik, Jr.于1903年到1908年担任格罗宁根大学的物理教授,并继他的父亲之后担任阿姆斯特丹大学的物理讲座教授,Jr.的侄子Peter是一个橱柜制造商,在格洛斯特郡学院工艺美术系颇有造诣。在1881年,他的妻子死于肺结核,享年34岁。 在Anna去逝以后,女儿们回到家中照看她们的父亲,范德瓦尔斯从未再婚,妻子的去世让他非常震惊,他在之后大约十年内什么都没发表。
范德瓦尔斯的主要休闲是散步(尤其是在乡间),以及阅读。
范德瓦尔斯于1923年3月8日去世于阿姆斯特丹,享年85岁,一年后,他的女儿Jacqueline也不幸离世。
他的孙子克里斯托弗·范德华(Christopher D. Vanderwal)是加州大学欧文分校著名的化学教授。
约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯主要成就编辑 播报
范德瓦尔斯除了获得1910年诺贝尔物理学奖外,还获得了许多荣誉和荣誉。他被授予剑桥大学荣誉博士学位;被授予莫斯科皇家博物学家学会、爱尔兰皇家学院和美国哲学学会荣誉会员,法兰西学院和柏林皇家科学院通讯院士,比利时皇家科学院准会员;伦敦化学学会、美国国家科学院和罗马林奇学会(Accademia dei Lincei of Rome)外籍院士,范德瓦尔斯自1875年以来一直是荷兰皇家科学院院士。从1896年到1912年,他是荷兰皇家科学院的秘书,他还于1912年被选为荷兰化学学会名誉会员。
约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯科研工作编辑 播报
范德瓦尔斯的主要兴趣在热力学。他受到了鲁道夫·克劳修斯1857年的一篇论文的影响,这篇论文的题目是《关于我们称之为热的运动》(Über die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen) [2] 。范德瓦尔斯后来深受詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、路德维希·玻尔兹曼和威拉德·吉布斯的著作的影响。克劳修斯的工作促使他寻找托马斯·安德鲁斯实验的一个解释,1869年安德鲁斯揭示了流体中临界温度的存在。范德瓦尔斯在他的1873年的论文中对凝结现象和临界温度现象作了半定量的描述,论文题目是《论气态与液态之连续性》(Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand) 。他指出,这两个状态的混合体不仅以一种连续性的方式混合,他们实际上还有着同样的特性。该论文的发表立即使他成为首要的物理学家。这个从范德瓦尔斯第一份论文得出的结论的重要性可以从詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在《自然》杂志中的注解得到证明:“毫无疑问地,范德瓦尔斯的名字很快地将会出现于在分子科学的前沿之中” [3] 。
在这篇论文中,他所发表的状态方程式是出自于他的名字。这项实验工作做了实际的操作,其中的液体和气体的物质相融合成一个相互连续的方式。结果表明,这两个阶段是同一性质。范德瓦尔斯在计算他的状态方程式时,假设不仅存在分子(原子的存在当时有争议 [4] ),而且假设它们大小有限,相互吸引。因为他是最早提出分子间力(尽管这种力很基础)的人之一,所以这种力现在有时被称为范德华力。
第二个重大发现发表于1880年,当时他公式化了对应状态定律。这表明范德瓦尔斯方程可以用临界压力、临界体积和临界温度的简单函数这种一般形式适用于所有物质。原始方程中的化合物特定常数a和b被通用(化合物无关)量所代替。正是这条定律在实验中起到了指导作用,后来促成了1898年詹姆斯·杜瓦(James Dewar)的氢液化和1908年海克·卡美林·奥涅斯(Heike Kamerlingh Onnes)的氦液化。
1890年,范德瓦尔斯在Archives Néerlandaises上发表了一篇关于Theory of Binary Solutions的论文。通过将他的状态方程与热力学第二定律(威拉德·吉布斯首先提出的形式)联系起来,他能够得到数学公式的图形表示,即他按吉布斯的叫法称之为Ψ面的形式,他用希腊字母Ψ表示平衡状态下不同阶段的自由能。
还应提到范德瓦尔斯的毛细现象理论,其基本形式最早出现在1893年。与皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)早先提供的关于这个问题的力学观点不同,范德瓦尔斯采用了热力学方法,而这在当时是有争议的,因为在阿尔伯特·爱因斯坦对布朗运动的理论解释的佩兰的实验验证之前,分子的存在及其永久的、快速的运动的观点还未被普遍接受。