Brendana Scaife'a

Brendan Kevin Patrick Scaife FTCD , MRIA , Boyle Laureate ( / s k eɪ f / ; urodzony 19 maja 1928), to irlandzki inżynier akademicki i fizyk , który przeprowadził pionierskie prace nad teorią dielektryków . Scaife założył Dielectrics Group w Trinity College w Dublinie , gdzie jest emerytowanym pracownikiem naukowym i wcześniej profesorem elektromagnetyzmu , a wcześniej profesorem nauk technicznych.

Scaife wykazał, że w układzie liniowym funkcja rozpadu jest wprost proporcjonalna do funkcji autokorelacji odpowiedniej fluktuującej zmiennej makroskopowej i udowodnił, w jaki sposób można obliczyć gęstość widmową fluktuacji momentu dipolowego ciała dielektrycznego na podstawie zależności częstotliwości złożonej przenikalności , ${\ Displaystyle \ epsilon (\ omega) = \ epsilon '(\ omega) -i \ epsilon '' (\ omega)}$ . Był niezależny od Ryogo Kubo , który w 1957 roku opracował odpowiednią teorię materiałów magnetycznych. Praca została opublikowana przed często cytowaną pracą Roberta Cole'a w 1965 roku.

Wczesne życie

r . i tuż po II wojnie światowej rozpoczął studia licencjackie na Wydziale Elektrotechniki Queen Mary College Uniwersytetu Londyńskiego ; ukończył w 1949 roku. W Queen Mary College znajdowało się laboratorium wysokiego napięcia prowadzone przez Hansa Troppera , którego wykłady z teorii elektromagnetycznej inspirowały Scaife'a. Po ukończeniu studiów rozpoczął pod kierunkiem Troppera badania właściwości materiałów izolacyjnych. Badania doktoranckie Scaife otworzyły nowe możliwości w badaniach dielektryków.

Kariera

Przenikalność zespolona cieczy polarnych

Scaife był pierwszym naukowcem, który z powodzeniem zmierzył złożoną przenikalność elektryczną szeregu cieczy polarnych, takich jak eugenol, glicerol i woda, w funkcji ciśnienia do 12 kbar. Zostało to opublikowane w nocie badawczej w Proc. fizyka soc. B, 68 (1955) 790. Do tego czasu Chan i Danforth pracujący w laboratorium Bridgmana w USA zmierzyli zasadniczo równowagową przenikalność względną ε(ω) pewnej liczby cieczy. W tamtym czasie zaplecze eksperymentalne w tej dziedzinie badań było poważnie ograniczone. Komercyjne mosty do pomiaru złożonej przenikalności nie były dostępne. Most ramieniowy z trzema terminalami sprzężony z transformatorem, oparty na Blumleina przed wojną, został zbudowany w Queen Mary przez indyjskiego studenta S. Sharana do jego pracy doktorskiej. Mostek ten został z powodzeniem zastosowany do pomiarów próbek poddanych działaniu wysokich ciśnień. Po ukończeniu tej pracy i krótkim okresie zatrudnienia w GEC na Wembley, wrócił wraz z irlandzkimi rodzicami do Irlandii, gdzie pozostał do końca swojej kariery, pomimo wielu ofert z zagranicy.

Dubliński Instytut Studiów Zaawansowanych; pracować ze Schrödingerem i Fröhlichem

Scaife dołączył do Dublin Institute for Advanced Studies w 1954 roku. Tutaj prof. Erwin Schrödinger był nadal starszym profesorem, podobnie jak Cornelius Lanczos . Prace tych dwóch czołowych fizyków teoretycznych XX wieku były dla niego źródłem wielkiej inspiracji i pomogły w ukształtowaniu jego przyszłej pracy. W 1961 wstąpił do School of Engineering w Trinity College .

Jego zainteresowanie teorią dielektryków zaowocowało współpracą z Herbertem Fröhlichem na Uniwersytecie w Liverpoolu , gdzie był stałym gościem w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych. Zaprzyjaźnił się na całe życie z Fröhlichem i członkami jego grupy badawczej. Scaife starał się zastosować prace Callena i Weltona (1951) dotyczące twierdzenia o fluktuacji-dyssypacji do pracy Frohlicha dotyczącej fluktuacji momentu dipolowego w ciałach dielektrycznych. Ta praca nad teorią dielektryków zakończyła się długim raportem opublikowanym w 1959 roku przez Electrical Research Association (obecnie ERA Technology Ltd ) na temat „Dyspersji i fluktuacji w układach liniowych ze szczególnym uwzględnieniem dielektryków”. Wskazał przy tym, że w układzie liniowym funkcja rozpadu jest wprost proporcjonalna do funkcji autokorelacji odpowiedniej fluktuującej zmiennej makroskopowej. Pokazał, jak gęstość widmową fluktuacji momentu dipolowego ciała dielektrycznego można obliczyć z zależności częstotliwościowej przenikalności zespolonej ε (ω) = ε '(ω) - iε" (ω). Praca ta została później opublikowana w toku w Dielectrics , 1963. Był niezależny od Ryogo Kubo , który w 1957 opracował odpowiednią teorię materiałów magnetycznych.Praca została opublikowana przed często cytowaną pracą Roberta Cole'a w 1965.

Teorię równowagi względnej przenikalności $1948$ substancji dipolarnych opracowali Kirkwood (1939) i Fröhlich ( na pionierskiej pracy Debye'a ( 1913) i Onsagera (1936). Oczekiwano, że wyniki jego raportu z 1959 r. Mogą zostać wykorzystane do uogólnienia prac Onsagera, Kirkwooda i Fröhlicha oraz do uzyskania teorii zależności częstotliwościowej przenikalności zespolonej ${\ Displaystyle \ epsilon (\ omega) = \ epsilon '(\ omega) -i \ epsilon '' (\ omega)}$ . Pierwszym krokiem było wyjaśnienie pojęcia pola reakcji wprowadzonego przez Onsagera. $czynności można było zobaczyć, w jaki sposób$ można uzyskać uogólnienie równania Onsagera Takie równanie zostało opublikowane w krótkiej notatce w 1964 r. w Proceedings of the Physical Society of London 84, 616. Uzasadnienie tego równania pojawiło się po raz pierwszy w raporcie Electrical Research, który Scaife opublikował w 1965 r. Podano bardziej rozszerzoną wersję w Complex Permittivity opublikowanym w 1971 roku.

Efekty bezwładności

W pracach opublikowanych do 1965 roku efekty bezwładności nie zostały w pełni uwzględnione. Wczesną próbę zaradzenia temu brakowi podjął Rocard w 1933 roku. Znacznego postępu dokonali Sack (1953, 1957) i Gross (1955). Praca Sacka opierała się na Fokkera Plancka regulującym czasową ewolucję orientacyjnego rozkładu cząsteczek. Próbując wyjaśnić fizyczne aspekty problemu, Scaife wyprowadził wyniki Sacka, wychodząc od stochastycznego równania Langevina (1908) molekularnego obrotowego ruchu Browna .

Jego praca na temat rotatora płaszczyzny, a także kuli, została opublikowana po raz pierwszy w 1971 roku; został opublikowany we współpracy z Johnem T. Lewisem i Jamesem Robertem McConnellem (również laureatem Boyle'a ) w Proceedings of the Royal Irish Academy A, 76 (1976) 43 (to dla tego artykułu pojawia się w Famous Trails to Paul Erdős ) . W pracach nad efektami bezwładności zwykle zaniedbywano sprzężenie dipol-dipol. Właściwą procedurę zaradzenia temu zaniedbaniu opisał w swojej książce opublikowanej w 1989 roku. Niestety dokładne, samospójne rozwiązanie proponowanego równania Langevina nie jest możliwe. To, czy można uzyskać adekwatne przybliżone rozwiązanie, pozostaje nadal kwestią otwartą.

Wykres polaryzowalności do przedstawiania danych o wysokiej częstotliwości

$Cole'a -Cole'a (1941$ zasugerował zastąpienie zespolonej przenikalności elektrycznej wykresem polaryzowalności, ${\ Displaystyle \ alpha (\ omega)$ . Na tym wykresie, gdzie $Displaystyle$ $\ Displaystyle \ alpha '(\ omega)}$ wykreślony na wykresie $}$ i są rzeczywistymi i urojonymi współrzędnymi funkcji ${\ Displaystyle \ alpha '' (\ omega)}$

{\ Displaystyle \ alfa (\ omega) = \ alfa '( \omega )-i\alpha ''(\omega)=(\epsilon (\omega)-1)/(\epsilon (\omega)+2),}

która jest wprost proporcjonalna do złożonej polaryzowalności makroskopowej sfery o jednostkowym promieniu. Wielu badaczy wykazało, że wykres polaryzowalności jest lepszy od wykresu Cole'a-Cole'a pod względem reprezentacji danych dielektrycznych o wysokiej częstotliwości. Jego książka Principles of Dielectrics opublikowana w 1989 r. (zaktualizowana w 1998 r.) zawiera wiele wyników i dyskusji, które nie były wcześniej publikowane.

efekt Casimira; efekty wysokiego pola; halogenki metali alkalicznych; Garrett Scaife i badania wysokociśnieniowe

Wraz ze swoim studentem badawczym T. Ambrose, Scaife zastosował teorię fluktuacji momentu dipolowego do efektów opóźnienia (efekt Casimira ) w siłach Van der Waalsa . Wraz z innym studentem, WT Coffeyem, zbadał rozszerzenie teorii Onsagera, aby uwzględnić wysokie pole wpływ na polaryzację materiałów dipolarnych.

Wraz ze studentami naukowymi K. Raji, JC Fisherem, KV Kamathem i VJ Rossiterem przeprowadził eksperymentalne badania przenikalności równowagowej halogenków metali alkalicznych poddanych działaniu wysokich ciśnień. Wyniki przedstawiono w kilku artykułach. Pomagał mu jego starszy brat, W. Garrett Scaife, którego BKP Scaife jako pierwszy zainteresował się dielektrykami. Później Garrett Scaife żywo zainteresował się projektowaniem i automatyzacją urządzeń wysokociśnieniowych oraz tworzeniem dielektrycznych technik pomiarowych i poświęcił dużą część swojej kariery na badanie właściwości dielektrycznych cieczy i ciekłych kryształów pod wysokim ciśnieniem.

Współpraca z JH Calderwoodem

Przez kilka lat Scaife był profesorem wizytującym na Uniwersytecie w Salford i we współpracy z profesorem JH Calderwoodem opublikował szereg ważnych artykułów. W jednym z artykułów opublikowanych w Philosophical Transactions of the Royal Society of London , 269 (1971) 217, wykazali, że skomplikowane przejściowe zachowanie napięcia i prądu obserwowane w cieczach pod wpływem napromieniowania można wyjaśnić prostym modelem ruchu przestrzeni ładunek w ośrodku dielektrycznym.

Ferrofluidy i inne zainteresowania

We współpracy ze swoim kolegą i byłym studentem naukowym, PC Fanninem, zaprojektował technikę podzielonego toroidu („technika (toroidalna) Fannina”) do pomiaru podatności magnetycznej ferrofluidów. Zbadał również dyspersję zależnej od częstotliwości podatności magnetycznej tych płynów, rozwijając niezbędną podstawową wiedzę teoretyczną. Zostało to opublikowane w wielu artykułach z lat 1986-1991. Ta praca położyła podwaliny pod jeszcze jeden ważny obszar badań.

Oprócz zainteresowania dielektrykami i płynami magnetycznymi wniósł wkład w telekomunikację, matematyczne metody przetwarzania sygnałów oraz historię nauki i techniki. W odniesieniu do tego ostatniego, pracując ze swoim byłym studentem i współpracownikiem Seanem Swordsem nad badaniem wczesnej historii radaru , nawiązał kontakt z wieloma pionierami radaru: informacje i spostrzeżenia, które uzyskał, w istotny sposób przyczyniły się do nowego zrozumienia międzynarodowych początków radaru. Praca doktorska Seana Swordsa (pod kierunkiem Scaife'a) została opublikowana jako tom 6 w IEE History of Technology.

Scaife zredagował tom IV The Mathematical Papers of Sir William Rowana Hamilton. Opublikował także biografię Jamesa MacCullagha, innego irlandzkiego matematyka i fizyka teoretycznego, współczesnego Hamiltonowi.

Scaife wraz z innym byłym studentem, JK Vij, opracowali nową teorię absorbancji widma elektromagnetycznego. Jego wyniki były sprzeczne z pracami publikowanymi w ówczesnej literaturze. Zostało to opublikowane w J. Chem. fizyka 122, 174901 (2005) i został zweryfikowany eksperymentalnie poprzez serię bardzo precyzyjnych eksperymentów i opublikowany [Phys Rev. E 80, 021704 (2009)].

Stypendium Trinity College Dublin i inne uznanie

Został wybrany do Fellowship of Trinity College Dublin (FTCD) w 1964 i został mianowany czytelnikiem w 1966. W 1967 został profesorem nadzwyczajnym. W 1972 roku został powołany na katedrę nauk inżynieryjnych iw tym samym roku został wybrany do Królewskiej Akademii Irlandzkiej. Uzyskał stopień naukowy dr hab. (inż.) z University of London za swoją pracę opublikowaną w 1973 r. W 1986 r. został wybrany na Osobistą Katedrę Elektromagnetyzmu w uznaniu jego międzynarodowej reputacji w dziedzinie dielektryków. W 1992 roku został odznaczony Medalem Boyle'a Królewskiego Towarzystwa Dublińskiego .

Trinity College Dublin przyznaje nagrodę BKP Scaife studentom studiów licencjackich w dziedzinie elektroniki i elektrotechniki na jego cześć.

Bibliografia

Jest autorem (i/lub redaktorem) sześciu książek:

Zespolona przenikalność (1971) English Universities Press;
Studies in Numerical Analysis : Papers in Honor of Cornelius Lanczos (1974) Academic Press;
Radio Science w Irlandii (1981) Royal Irish Academy, ISBN 0-901714-19-4 (0-901714-19-4)
Zasady dielektryków (1989) Clarendon Press;
James MacCullagh , MRIA, FRS, 1809–1847 , Proceedings of the Royal Irish Academy 90C (3) (1990), 67–106
The Mathematical Papers of Sir William Rowana Hamilton , Tom IV (Geometria, analiza, astronomia, prawdopodobieństwo i różnice skończone, różne) , (2000) opublikowane przez Cambridge University Press.
Scaife, BKP; Vij, JK The Journal of Chemical Physics (2005) 122, 174901.
Scaife, BKP; Sigariew, AA; Vij, JK; Do widzenia, JW Physical Review E (2009) 80, 021704.

Notatki

JK Vij (1996), Journal of Molecular Liquids (wydanie specjalne BKP Scaife) | 69 | strony IX – XII
De Castro, Rodrigo; Grossman, Jerrold W. (1999). „Słynne szlaki do Paula Erdősa” . Inteligencja matematyczna . 21 (3): 51–63. CiteSeerX 10.1.1.33.6972 . doi : 10.1007/BF03025416 . MR 1709679 . S2CID 120046886 . Oryginalna wersja hiszpańska w Rev. Acad. Kolumbijska Cienc. Dokładny. fis. Natura. 23 (89) 563-582, 1999, MR 1744115 .