Contributions électrochimiques de William Nicholson
Nicholson a été tour à tour ingénieur hydraulique, inventeur, traducteur et publiciste scientifique. Il a inventé un hydromètre (un instrument permettant de mesurer la densité des liquides) en 1790. En 1800, après avoir entendu parler de l’invention de la pile électrique par le physicien italien Alessandro Volta, il en construit une. Il découvre alors que lorsque les fils de la batterie sont placés dans l’eau, celle-ci se décompose en hydrogène et en oxygène, qui se rassemblent séparément pour former des bulles aux extrémités immergées des fils. Avec cette découverte, Nicholson est devenu le premier homme à produire une réaction chimique par l’électricité.
En 1797, Nicholson a fondé le Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, qui était la première revue scientifique indépendante. Le succès de ce périodique a inspiré la création de plusieurs revues scientifiques rivales en Angleterre qui ont fini par pousser le périodique de Nicholson à la faillite. L’Introduction à la philosophie naturelle (1781) de Nicholson a été le plus grand succès de ses ouvrages publiés.
Mesures
Mesure, le processus d’association de nombres avec des quantités et des phénomènes physiques. La mesure est fondamentale pour les sciences, l’ingénierie, la construction et d’autres domaines techniques, ainsi que pour presque toutes les activités quotidiennes. C’est pourquoi les éléments, les conditions, les limites et les fondements théoriques de la mesure ont fait l’objet de nombreuses études. Voir également système de mesure pour une comparaison des différents systèmes et l’histoire de leur développement.
Les mesures peuvent être effectuées par les sens humains sans aide, auquel cas elles sont souvent appelées estimations, ou, plus couramment, par l’utilisation d’instruments, dont la complexité peut aller de simples règles pour mesurer des longueurs à des systèmes hautement sophistiqués conçus pour détecter et mesurer des quantités entièrement hors de portée des sens, comme les ondes radio d’une étoile lointaine ou le moment magnétique d’une particule subatomique.
La mesure commence par une définition de la grandeur à mesurer et implique toujours une comparaison avec une grandeur connue du même type. Si l’objet ou la grandeur à mesurer n’est pas accessible pour une comparaison directe, il est converti ou « transduit » en un signal de mesure analogue. Étant donné que la mesure implique toujours une certaine interaction entre l’objet et l’observateur ou l’instrument d’observation, il y a toujours un échange d’énergie qui, bien que négligeable dans les applications quotidiennes, peut devenir considérable dans certains types de mesure et limiter ainsi la précision.
Instruments et systèmes de mesure
En général, les systèmes de mesure comprennent un certain nombre d’éléments fonctionnels. Un élément est nécessaire pour discriminer l’objet et détecter ses dimensions ou sa fréquence. Ces informations sont ensuite transmises dans tout le système par des signaux physiques. Si l’objet est lui-même actif, comme l’écoulement de l’eau, il peut alimenter le signal ; s’il est passif, il doit déclencher le signal par interaction soit avec une sonde énergétique, comme une source lumineuse ou un tube à rayons X, soit avec un signal porteur.
#Onthisday 224 years ago, Anthony Carlisle and William Nicholson succeeded for the first time in splitting water into hydrogen and oxygen using an electric current. In our chemistry exhibition, this electrolysis can be seen as part of a functional model. pic.twitter.com/YBp91tsln3
— Deutsches Museum (@DeutschesMuseum) May 2, 2024
Enfin, le signal physique est comparé à un signal de référence de quantité connue qui a été subdivisé ou multiplié pour s’adapter à la gamme de mesure requise. Le signal de référence est dérivé d’objets de quantité connue par un processus appelé étalonnage. La comparaison peut être un processus analogique dans lequel les signaux dans une dimension continue sont mis à égalité. Un autre processus de comparaison est la quantification par comptage, c’est-à-dire la division du signal en parties de taille égale et connue et l’addition du nombre de parties.
D’autres fonctions des systèmes de mesure facilitent le processus de base décrit ci-dessus. L’amplification garantit que le signal physique est suffisamment fort pour effectuer la mesure. Afin de réduire la dégradation de la mesure à mesure qu’elle progresse dans le système, le signal peut être converti sous forme codée ou numérique. Le grossissement, qui consiste à agrandir le signal de mesure sans en augmenter la puissance, est souvent nécessaire pour faire correspondre la sortie d’un élément du système à l’entrée d’un autre, par exemple pour faire correspondre la taille du compteur de lecture à la capacité de discernement de l’œil humain.
Un type de mesure important est l’analyse de la résonance, ou la fréquence de variation dans un système physique. Cette fréquence est déterminée par l’analyse harmonique, qui se manifeste généralement dans le tri des signaux par un récepteur radio. Le calcul est un autre processus de mesure important, dans lequel les signaux de mesure sont manipulés mathématiquement, généralement par une forme d’ordinateur analogique ou numérique. Les ordinateurs peuvent également assurer une fonction de contrôle dans la surveillance des performances du système.
Les systèmes de mesure peuvent également comporter des dispositifs permettant de transmettre des signaux sur de grandes distances (voir télémétrie). Tous les systèmes de mesure, même ceux qui sont hautement automatisés, comprennent une méthode d’affichage du signal à un observateur. Les systèmes d’affichage visuel peuvent comprendre un tableau étalonné et une aiguille, un affichage intégré sur un tube cathodique ou un affichage numérique. Les systèmes de mesure comprennent souvent des éléments d’enregistrement. Un type courant utilise un stylet d’écriture qui enregistre les mesures sur un graphique en mouvement. Les enregistreurs électriques peuvent comporter des dispositifs de lecture en retour pour une plus grande précision.
Les performances réelles des instruments de mesure sont affectées par de nombreux facteurs externes et internes. Parmi les facteurs externes figurent le bruit et les interférences, qui ont tendance à masquer ou à déformer le signal de mesure. Les facteurs internes comprennent la linéarité, la résolution, la précision et l’exactitude, qui sont toutes caractéristiques d’un instrument ou d’un système donné, ainsi que la réponse dynamique, la dérive et l’hystérésis, qui sont des effets produits par le processus de mesure lui-même. La question générale de l’erreur de mesure soulève le sujet de la théorie de la mesure.
Théorie de la mesure
La théorie de la mesure est l’étude de la façon dont les nombres sont attribués aux objets et aux phénomènes, et ses préoccupations comprennent les types de choses qui peuvent être mesurées, la façon dont les différentes mesures sont liées les unes aux autres, et le problème de l’erreur dans le processus de mesure. Toute théorie générale de la mesure doit s’attaquer à trois problèmes fondamentaux : l’erreur, la représentation, qui est la justification de l’attribution des nombres, et l’unicité, qui est le degré auquel le type de représentation choisi se rapproche de la seule possible pour l’objet ou le phénomène en question.
Divers systèmes d’axiomes, ou règles et hypothèses de base, ont été formulés pour servir de base à la théorie de la mesure. Parmi les types d’axiomes les plus importants figurent les axiomes d’ordre, les axiomes d’extension, les axiomes de différence, les axiomes de concordance et les axiomes de géométrie. Les axiomes d’ordre garantissent que l’ordre imposé aux objets par l’attribution de nombres est le même que celui atteint dans l’observation ou la mesure réelle. Les axiomes d’extension traitent de la représentation d’attributs tels que la durée, la longueur et la masse, qui peuvent être combinés, ou concaténés, pour plusieurs objets présentant l’attribut en question.
Les axiomes de différence régissent la mesure des intervalles. Les axiomes de conjugaison postulent que les attributs qui ne peuvent pas être mesurés empiriquement (par exemple, le volume sonore, l’intelligence ou la faim) peuvent être mesurés en observant la façon dont les dimensions qui les composent changent les unes par rapport aux autres. Les axiomes de la géométrie régissent la représentation d’attributs dimensionnellement complexes par des paires de nombres, des triples de nombres ou même des n-tuples de nombres.
Le problème de l’erreur est l’une des préoccupations centrales de la théorie de la mesure. Il fut un temps où l’on croyait que les erreurs de mesure pouvaient être éliminées par le raffinement des principes et des équipements scientifiques. Cette croyance n’est plus partagée par la plupart des scientifiques, et presque toutes les mesures physiques rapportées aujourd’hui sont accompagnées d’une indication de la limitation de la précision ou du degré probable d’erreur. Parmi les différents types d’erreur qui doivent être pris en compte figurent les erreurs d’observation (qui comprennent les erreurs instrumentales, les erreurs personnelles, les erreurs systématiques et les erreurs aléatoires), les erreurs d’échantillonnage et les erreurs directes et indirectes (dans lesquelles une mesure erronée est utilisée pour calculer d’autres mesures).
La théorie des mesures remonte au IVe siècle avant J.-C., lorsqu’une théorie des magnitudes élaborée par les mathématiciens grecs Eudoxe de Cnide et Thaeatetus a été incluse dans les Éléments d’Euclide. Le premier travail systématique sur l’erreur d’observation a été produit par le mathématicien anglais Thomas Simpson en 1757, mais le travail fondamental sur la théorie de l’erreur a été réalisé par deux astronomes français du XVIIIe siècle, Joseph-Louis Lagrange et Pierre-Simon Laplace. La première tentative d’intégration de la théorie de la mesure dans les sciences sociales remonte également au XVIIIe siècle, lorsque Jeremy Bentham, un moraliste utilitariste britannique, a tenté de créer une théorie de la mesure de la valeur. Les théories axiomatiques modernes de la mesure découlent des travaux de deux scientifiques allemands, Hermann von Helmholtz et Otto Hölder, et les travaux contemporains sur l’application de la théorie de la mesure à la psychologie et à l’économie découlent en grande partie des travaux d’Oskar Morgenstern et de John von Neumann.
Étant donné que la plupart des théories sociales sont de nature spéculative, les tentatives d’établir des séquences ou des techniques de mesure standard pour elles ont rencontré un succès limité. Parmi les problèmes liés à la mesure sociale, citons l’absence de cadres théoriques universellement acceptés et donc de mesures quantifiables, les erreurs d’échantillonnage, les problèmes liés à l’intrusion du mesureur dans l’objet mesuré et la nature subjective des informations reçues des sujets humains. L’économie est probablement la science sociale qui a le mieux réussi à adopter les théories de la mesure, principalement parce que de nombreuses variables économiques (comme le prix et la quantité) peuvent être mesurées facilement et objectivement. La démographie a également utilisé avec succès des techniques de mesure, notamment dans le domaine des tables de mortalité.
Chimiste anglais qui a découvert l’électrolyse de l’eau (2 mai 1800), première observation d’une réaction chimique provoquée par l’électricité. Dans sa vie, il a été ingénieur hydraulique, inventeur, traducteur et publiciste scientifique. Il a inventé l’hydromètre, un instrument permettant de mesurer la densité des liquides (1790). En 1800, alors que lui et Anthony Carlisle étudiaient la nouvelle pile voltaïque de Volta, ils ont découvert par hasard l’effet du courant électrique passant dans l’eau. Des bulles se sont formées aux extrémités immergées des fils. Les gaz se sont avérés être de l’oxygène au niveau du fil positif, et de l’hydrogène au niveau du fil négatif. L’eau était décomposée par l’électricité. C’est devenu un processus important avec d’autres composés dans l’industrie chimique. »
https://www.britannica.com/biography/William-Nicholson-English-chemist-and-inventor
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/elsa.202160003