Prawdopodobnie nie ma osoby, która nie znałaby imienia James Joel. Odkrycia tego fizyka są wykorzystywane na całym świecie. Jaką drogę obrał naukowiec? Jakich odkryć dokonał?
Życie wybitnego fizyka
James Joule urodził się 24 grudnia 1818 roku. Biografia przyszłego fizyka zaczyna się w angielskim mieście Salford, w rodzinie odnoszącego sukcesy właściciela browaru. Edukacja chłopca odbywała się w domu, przez pewien czas uczył go fizyki i chemii John D alton. Dzięki niemu angielski fizyk zakochał się w nauce.
Joule nie cieszył się dobrym zdrowiem, spędzał dużo czasu w domu, przeprowadzając fizyczne eksperymenty i eksperymenty. Już w wieku 15 lat, z powodu choroby ojca, musiał wraz z bratem zarządzać browarem. Praca w fabryce ojca nie dawała mu możliwości studiowania na uniwersytecie, więc James Joule poświęcił się całkowicie swojemu domowemu laboratorium.
Od 1838 do 1847 fizyk aktywnie studiował elektryczność i poczynił swój pierwszy postęp naukowy. W Annals of Electricity opublikował artykuł o elektryczności, aw 1841 odkrył nowe prawo fizyczne, które teraz nosi jego imię.
W 1847 Joule zawarł swoje pierwsze i jedyne małżeństwo z Amelią Grimes. Wkrótce mająRodzą się Alice Amelia i Benjamin Arthur. W 1854 roku zmarła jego żona i syn. Sam Joule umiera w 1889 roku w Anglii, w mieście Sale.
Przez całe życie opublikował około 97 prac z fizyki, niektóre z nich napisane wspólnie z innymi naukowcami: Lyonem, Thomsonem itp. Za wybitne osiągnięcia naukowe i odkryte prawa fizyki został nagrodzony kilkoma medalami i otrzymał nagrodę dożywotnia emerytura od rządu Wielkiej Brytanii w wysokości około 200 funtów.
Pierwsze prace i eksperymenty
Obserwując silniki parowe w browarze swojego ojca, James Joule postanowił zastąpić je elektrycznymi, aby zwiększyć wydajność. W 1838 r. opublikował w czasopiśmie naukowym artykuł, w którym opisuje wynalezione przez siebie urządzenie silnika elektromagnetycznego. W 1840 r. w browarze pojawiły się nowe silniki elektryczne, a fizyk dalej studiował prąd elektryczny i wydzielanie ciepła. Później okazało się, że silniki parowe są znacznie wydajniejsze.
Podczas eksperymentów Joule tworzy termometry, które mogą mierzyć temperaturę z dokładnością do 1/200 stopni. To pozwala mu głębiej zagłębić się w badanie efektu cieplnego prądu. W 1840 roku dzięki dalszym obserwacjom fizyk odkrywa efekt nasycenia magnetycznego. W tym samym roku wysłał do Królewskiego Towarzystwa Naukowego pracę „O powstawaniu ciepła za pomocą prądu elektrycznego”. Artykuł nie został oceniony. Na jego publikację zgodził się tylko Manchester Literary and Philosophical Journal.
Prawo Joule'a-Lenza
Nierozpoznany przez Londyńskie Towarzystwo Naukowe, artykuł okazał się później jednym z głównychosiągnięcia naukowca. W artykule James Joule mówił o związku między obecną siłą a ilością uwolnionego ciepła. Twierdził, że ilość ciepła uwalnianego w przewodniku jest wprost proporcjonalna do oporu przewodnika, kwadratu siły i czasu przepływu prądu.
W tym czasie podobną teorię opracował Emilius Lenz. Fakt, że przewodność przewodnika metalowego zależy od temperatury, został odkryty przez rosyjskiego fizyka już w 1832 roku. Aby dokładnie określić temperaturę w przewodniku, naukowiec wynalazł specjalne naczynie, do którego wlewano alkohol. Drut, przez który przepływał prąd, został opuszczony do naczynia. Następnie śledzono, jak długo alkohol będzie się nagrzewał. Joule James Prescott zastosował podobną metodę, ale użył wody jako płynu.
Wyniki wieloletnich badań Lenz opublikował dopiero w 1843 r., ale w jego pismach było dokładniejsze uzasadnienie naukowe niż Joule'a, którego praca początkowo nawet nie chciała być drukowana. Biorąc pod uwagę prymat Joule'a i dokładne obliczenia Emila Lenza, postanowiono nazwać prawo po obu. Z biegiem czasu prawo Joule'a-Lenza położyło podwaliny pod termodynamikę.
Magnetostrykcja
Równolegle z właściwościami prądu elektrycznego, James Joule bada zjawiska magnetyczne. W 1842 zauważa, że żelazo zmienia rozmiar pod wpływem fal magnetycznych. Jeśli metalowe pręty zostaną umieszczone w polu magnetycznym, ich długość nieco się wydłuży.
Społeczność naukowa wątpiła w istnienie tutaj jakiegokolwiek odkrycia. Zmiana rozmiaru prętów byłatak nieistotne, że ludzkie oko nie mogło go uchwycić. Ale fizyk opracował specjalną technikę, dzięki której uzyskał dowody wizualne.
Później okazało się, że inne metale również mają taki efekt, a samo zjawisko nazwano magnetostrykcją. Obecnie znaleziono wiele zastosowań do odkrycia Joule. Na przykład metale magnetostrykcyjne służą jako materiał falowodu do pomiaru poziomu wody w zbiornikach. Zjawisko to jest również wykorzystywane do tworzenia tagów w systemach antykradzieżowych.
Eksperymenty gazowe
W latach 40. James Joule aktywnie badał właściwości gazu, a mianowicie zjawiska związane z jego rozszerzaniem i kurczeniem. Przeprowadził eksperyment z ekspansją rozrzedzonego gazu, udowadniając jednocześnie, że jego energia wewnętrzna nie zależy od objętości. Liczy się tylko temperatura gazu.
W 1848 roku Joule po raz pierwszy w historii fizyki zmierzył prędkość cząsteczek gazu. To doświadczenie było wczesną pracą nad kinetyczną teorią gazów, dając impuls do dalszych badań w tej dziedzinie. Praca Joule'a była później kontynuowana przez Szkota Jamesa Maxwella.
Z powodu znaczącego wkładu naukowego na cześć angielskiego fizyka, jednostka do pomiaru pracy, ilości ciepła i energii, została nazwana dżulem.
Joule i Thomson
William Thomson miał ogromny wpływ na działalność Joule'a i jego uznanie w świecie nauki. Naukowcy spotkali się w 1847 roku, kiedy Joule przedstawił Brytyjskiemu Stowarzyszeniu Naukowców raport z pomiarów mechanicznego równoważnika ciepła.
Zanim Thomson Joule nie był traktowany poważnie w kręgach naukowych. Kto wie, może nie poznalibyśmy praw fizyki, które odkrył, gdyby William Thomas nie wyjaśnił ich znaczenia „snobom” brytyjskiej społeczności.
Wspólnie fizycy badali właściwości gazów, odkrywając, że gaz jest chłodzony podczas dławienia adiabatycznego. Oznacza to, że temperatura gazu (lub cieczy) spada podczas przechodzenia przez otwór (zawór izolowany). Zjawisko to nazywa się efektem Joule'a-Thomsona. Teraz to zjawisko jest wykorzystywane do uzyskania niskich temperatur.
Naukowcy pracowali również nad skalą termodynamiczną, nazwaną tak od tytułu Lorda Kelvina, który należał do Williama Thomsona.
Spowiedź Jamesa Joule
Sława i uznanie wciąż wyprzedziły angielskiego fizyka. W latach 50. został członkiem Royal Society of London i został odznaczony Królewskim Medalem. W 1866 otrzymał medal Copley, a później medal Alberta.
Kilka razy Joule został prezesem Brytyjskiego Stowarzyszenia Naukowego. Uzyskał stopnie doktora prawa na uniwersytetach w Dublinie, Edynburgu i Oxfordzie.
W City Hall w Manchesterze znajduje się pomnik na jego cześć, a w Opactwie Westminsterskim pomnik. Po drugiej stronie Księżyca znajduje się krater Jamesa Joule'a.
Wniosek
Słynny naukowiec, którego imię nazwano prawami fizyki i jednostkami miary, nie mógł zdobyć uznania. Dzięki jegowytrwałość i praca, nie zatrzymał się przed licznymi niepowodzeniami. W końcu udowodnił, że ma prawo do swojego miejsca pod słońcem, a przynajmniej na księżycowym kraterze.
