William Thomson, 1.º Barão Kelvin (Belfast, – Largs, ),Crosbie Smith, "Thomson, William", Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press, ID 36507. mais conhecido como Lorde Kelvin, foi um matemático, físico matemático e engenheiro escocês.Elizabeth Martin, ed., "Kelvin, Sir William Thomson, Lord", The New Oxford Dictionary for Scientific Writers and Editors, 2.ª ed., Oxford University Press, 2009, doi:10.1093/acref/9780199545155.001.0001, ISBN 978-0-19-954515-5; Elizabeth Knowles, ed., Lord Kelvin Oxford Dictionary of Quotations, 8.ª ed., Oxford University Press, 2014, doi:10.1093/acref/9780199668700.001.0001, ISBN 978-0-19-966870-0; Christopher Clapham e James Nicholson, eds., "Kelvin, Lord", The Concise Oxford Dictionary of Mathematics, 5.ª ed., Oxford University Press, 2014, doi:10.1093/acref/9780199679591.001.0001, ISBN 978-0-19-967959-1; Carl Schaschke, ed., "Kelvin, Lord", A Dictionary of Chemical Engineering, Oxford University Press, 2014, doi:10.1093/acref/9780199651450.001.0001, ISBN 978-0-19-965145-0; Ian Ridpath, ed., "Kelvin, Lord", A Dictionary of Astronomy, 3.ª ed., Oxford University Press, 2018, doi:10.1093/acref/9780191851193.001.0001, ISBN 978-0-19-185119-3; Susan Ratcliffe, ed., Lord Kelvin Oxford Essential Quotations, 6.ª ed., Oxford University Press, 2018, doi:10.1093/acref/9780191866692.001.0001; Richard Rennie e Jonathan Law, eds., "Kelvin, Lord", A Dictionary of Physics, 8.ª ed., Oxford University Press, 2019, doi:10.1093/acref/9780198821472.001.0001, ISBN 978-0-19-882147-2; Jonathan Law e Richard Rennie, eds., "Kelvin, Lord", A Dictionary of Chemistry, 8.ª ed., Oxford University Press, 2020, doi:10.1093/acref/9780198841227.001.0001, ISBN 978-0-19-884122-7.
Nascido em Belfast, foi professor de filosofia natural na Universidade de Glasgow durante 53 anos. Ali realizou pesquisas sobre a análise matemática da eletricidade e foi uma das figuras que participaram da formulação da primeira e da segunda leis da termodinâmica. Seu trabalho reuniu matematicamente áreas da física que ainda se consolidavam como disciplina acadêmica. Recebeu a Medalha Copley da Royal Society em 1883 e presidiu a sociedade de 1890 a 1895. Em 1892 tornou-se o primeiro cientista elevado à Câmara dos Lordes.
A unidade kelvin de temperatura termodinâmica recebeu seu nome. Thomson propôs em 1848 uma escala absoluta de temperatura definida independentemente das propriedades de uma substância termométrica. Essa primeira proposta ainda não era a escala Kelvin moderna. Depois de aceitar a equivalência entre calor e trabalho, ele desenvolveu com James Prescott Joule uma nova formulação termodinâmica em 1854, que corresponde à origem direta da escala absoluta usada depois. Na escala moderna, o zero absoluto é 0 K, equivalente a −273,15 °C. O efeito Joule-Thomson também recebeu seu nome.
Kelvin trabalhou de perto com o professor de matemática Hugh Blackburn. Teve ainda uma carreira como engenheiro e inventor de telégrafo elétrico, que o tornou conhecido fora do meio acadêmico e lhe trouxe riqueza e honrarias. Por seu trabalho no projeto do cabo telegráfico transatlântico, a rainha Vitória o fez cavaleiro em 1866, quando passou a ser Sir William Thomson. Dedicou-se também a assuntos marítimos e ao aperfeiçoamento da bússola, cuja confiabilidade nos navios de ferro era limitada.
Kelvin recebeu um título de nobreza em 1892 por suas realizações em termodinâmica e por sua oposição ao Home Rule irlandês. Tornou-se Barão Kelvin, de Largs, no condado de Ayr. O título refere-se ao rio Kelvin, que passa perto de seu laboratório no campus de Gilmorehill da Universidade de Glasgow, em Hillhead. Mesmo tendo recebido propostas de outras universidades, recusou-se a deixar Glasgow e permaneceu na cátedra até se aposentar em 1899. Por volta daquele ano, George Eastman o recrutou como vice-presidente do conselho da empresa britânica Kodak Limited, ligada à Kodak. Em 1904 tornou-se chanceler da Universidade de Glasgow.
Kelvin viveu em Netherhall, uma mansão em Largs que construiu na década de 1870 e onde morreu em 1907. O Museu e Galeria de Arte Hunteriana da Universidade de Glasgow mantém uma exposição permanente sobre seu trabalho, com documentos, instrumentos e outros objetos que lhe pertenceram, entre eles seu cachimbo.
Primeiros anos e trabalho Família esquerda|miniatura|Árvore genealógica da família Thomson. James Thomson (matemático), James Thomson (engenheiro) e William Thomson foram professores da Universidade de Glasgow. Os dois últimos estiveram ligados a William Rankine, outro professor de Glasgow que trabalhou nos primeiros desenvolvimentos da termodinâmica.
William Thomson nasceu em 26 de junho de 1824, em Belfast. Seu pai, James Thomson, ensinava matemática e engenharia na Instituição Acadêmica Real de Belfast e era filho de um agricultor escocês do Ulster. James Thomson casou-se com Margaret Gardner em 1817. Dos filhos do casal, quatro meninos e duas meninas chegaram à infância. Margaret Thomson morreu em 1830, quando William tinha seis anos.
William e seu irmão mais velho, James, receberam aulas em casa do pai, enquanto os meninos mais novos eram ensinados pelas irmãs mais velhas. James deveria receber a maior parcela do incentivo, da atenção e do apoio financeiro do pai e foi preparado para seguir a engenharia.
Em 1832, o pai foi nomeado professor de matemática na Universidade de Glasgow, e a família mudou-se para Glasgow em outubro de 1833. Os filhos de Thomson tiveram contato com um ambiente mais cosmopolita que aquele em que o pai crescera. Passaram parte de 1839 em Londres, e os meninos tiveram aulas de francês em Paris. William passou boa parte de meados da década de 1840 na Confederação Germânica e nos Países Baixos. O estudo de idiomas recebia grande atenção.
Sua irmã Anna Thomson foi mãe do físico James Thomson Bottomley.
Juventude miniatura|esquerda|upright=0.8|William Thomson aos 22 anos miniatura|O meandro do rio Kelvin junto ao campus neogótico de Gilmorehill da Universidade de Glasgow, projetado por George Gilbert Scott. A universidade transferiu-se para o local na década de 1870. Fotografia da década de 1890.
Thomson frequentou a Instituição Acadêmica Real de Belfast, onde seu pai era professor de matemática no departamento universitário. Em 1834, aos dez anos, começou a estudar na Universidade de Glasgow. Isso não era incomum na instituição, que oferecia muitas das funções de uma escola elementar para alunos aptos, e aquela era uma idade habitual de ingresso. Na escola, mostrou interesse pelos clássicos além de sua inclinação pelas ciências. Aos 12 anos ganhou um prêmio por traduzir os Diálogos dos Deuses, de Luciano de Samósata, da língua grega antiga para o inglês.
No ano letivo de 1839–1840, Thomson ganhou o prêmio da turma de astronomia por seu "Essay on the figure of the Earth", que já mostrava facilidade para a análise matemática. Seu professor de física nessa época era David Thomson. Ao longo da vida, voltaria aos problemas levantados nesse ensaio em momentos de tensão pessoal. Na folha de rosto, escreveu os seguintes versos de "An Essay on Man", de Alexander Pope. Os versos o estimularam a tentar compreender o mundo natural pelos métodos da ciência:
Vai, criatura prodigiosa! sobe aonde a Ciência conduz; Vai, mede a Terra, pesa o ar e determina as marés; Ensina aos planetas em que órbitas correr, Corrige o velho Tempo e regula o Sol.
Thomson interessou-se pela Théorie analytique de la chaleur de Joseph Fourier. Dedicou-se à matemática "continental", que encontrava resistência em parte do meio britânico, ainda muito preso à tradição de Isaac Newton. O trabalho de Fourier havia sido atacado por matemáticos britânicos, entre eles Philip Kelland, autor de um livro crítico. Essa obra levou Thomson a escrever seu primeiro artigo científico, usando o pseudônimo P.Q.R.. O texto defendia Fourier e foi enviado por seu pai ao Cambridge Mathematical Journal. Um segundo artigo assinado P.Q.R. veio pouco depois.
Durante férias com a família em Lamlash, em 1841, escreveu um terceiro artigo, mais extenso, On the uniform motion of heat in homogeneous solid bodies, and its connection with the mathematical theory of electricity. Nele estabeleceu relações entre as teorias matemáticas da condução térmica e da eletrostática, uma analogia que James Clerk Maxwell mais tarde chamou de uma das ideias de maior valor para a formação de novas teorias científicas.
Cambridge O pai de William pôde financiar generosamente a educação do filho e, em 1841, instalou-o em Peterhouse, na Universidade de Cambridge, com numerosas cartas de apresentação e boas acomodações. Em Cambridge, Thomson praticou esportes, atletismo e sculling, uma modalidade de remo, vencendo o Colquhoun Sculls em 1843. Também se interessava pelos clássicos, música e literatura, mas ciência ocupava o centro de sua atividade intelectual. Matemática, física e, em especial, eletricidade despertaram seu interesse. Orientado por William Hopkins, formou-se em 1845 como second wrangler, o segundo colocado no exame matemático de Cambridge.J. Venn e J. A. Venn, "Thomson, William", Alumni Cantabrigienses, Cambridge University Press. Recebeu ainda o primeiro Prêmio Smith, que, ao contrário do tripos, avaliava pesquisa original. Robert Leslie Ellis, um dos examinadores, teria dito a outro examinador: "Você e eu mal somos capazes de apontar as penas dele." Em 1876 tornou-se o quarto agraciado com o Prêmio William Hopkins, concedido pela Cambridge Philosophical Society por invenção ou descoberta.
Em 1845 apresentou o primeiro desenvolvimento matemático da ideia de Michael Faraday de que a indução elétrica ocorre através de um meio intermediário, ou dielétrico, e não por uma inexplicável "ação à distância". Também desenvolveu a técnica matemática das imagens elétricas, que se tornou uma ferramenta para resolver problemas de eletrostática, área que estuda as forças entre corpos eletricamente carregados em repouso. Em parte por incentivo de Thomson, Faraday realizou em setembro de 1845 as experiências que levaram à descoberta do efeito Faraday, estabelecendo uma relação entre a luz e fenômenos magnéticos e, por consequência, elétricos.
Foi eleito fellow de St Peter's, como Peterhouse era então muitas vezes chamado, em junho de 1845. Depois da eleição, passou algum tempo no laboratório de Henri Victor Regnault, em Paris. Em 1846 foi nomeado para a cátedra de filosofia natural da Universidade de Glasgow. Aos 22 anos, tornou-se professor na universidade em que havia sido aluno do primeiro ano poucos anos antes.
Thomson montou em Glasgow um espaço para pesquisa experimental que passou a ser usado também por estudantes. Suas aulas combinavam demonstrações e trabalho de laboratório, e ele ampliou gradualmente o ensino experimental ligado à cátedra de filosofia natural.
A partir de 1847, Thomson manteve uma longa colaboração científica com George Gabriel Stokes. A correspondência entre os dois se prolongou por mais de meio século, começou com questões de hidrodinâmica e passou depois por eletricidade, óptica, termodinâmica e outros assuntos.
Termodinâmica Em 1847, Thomson já havia adquirido reputação como um cientista precoce e pouco convencional quando participou da reunião anual da Associação Britânica para o Avanço da Ciência, em Oxford. Ali ouviu James Prescott Joule fazer mais uma de suas tentativas, até então pouco eficazes, de contestar a teoria calórica do calor e a teoria da máquina térmica construída por Sadi Carnot e Émile Clapeyron. Joule defendia a conversibilidade entre calor e trabalho e sua equivalência mecânica.