James Joule: biografija, znanstvena otkrića

Vjerojatno nema osobe koja ne zna ime Jamesa Joulea. Otkrića ovog fizičara koriste se diljem svijeta. Koji je bio put znanstvenika? Kakva otkrića je napravio?

Život izvanrednog fizičara

Dana 24. prosinca 1818. rođen je James Joule. Biografija budućnosti fizike počinje u engleskom gradu Salfordu, u obitelji uspješnog vlasnika pivovare. Dječak je trenirao kod kuće, neko vrijeme bio je podučavan od fizike i kemije od Johna Daltona. Zahvaljujući njemu, engleski fizičar volio je znanost.

Joule nije imao dobro zdravlje, proveo je puno vremena kod kuće, obavljao je fizičke pokuse i eksperimente. Već u 15, zbog bolesti oca, morao je voditi pivovaru s bratom. Raditi u očevoj tvornici nije mu omogućio ulazak u sveučilište pa je James Joule posvećen kućnom laboratoriju.

Od 1838. do 1847. godine fizičar je aktivno proučavao električnu energiju i izdao prva znanstvena postignuća. U časopisu Annals of Electricity objavljuje članak o električnoj energiji, a 1841. otvara novi fizički zakon koji sada nosi njegovo ime.

Godine 1847. Joel zaključuje prvi i jedini brak s Amelie Grimes. Uskoro su rođeni Alice Amelia i Benjamin Arthur. Godine 1854. supruga i sin su ubijeni. Joule je umro 1889. godine u Engleskoj, u gradu Saleu.

Tijekom svog života objavio je oko 97 radova iz fizike, od kojih su neki pisani zajedno s drugim znanstvenicima: Lionom, Thomsonom itd. Za izvanredna znanstvena dostignuća i otvorene zakone fizike nagrađen je više medalja i dobio životnu mirovinu od UK vlade u iznosu od Oko 200 funti.

Prvi radovi i eksperimenti

Gledajući parne strojeve kod očevog pivovara, James Joule odlučio ih je zamijeniti električnim uređajima za izvođenje. Godine 1838. objavio je u akademskom časopisu članak u kojem je opisao uređaj elektromagnetnog motora koji je izumio. Godine 1840. na pivovaru su se pojavili novi električni motori, a fizičar nastavio proučavati električnu struju i oslobađanje topline. Kasnije se ispostavilo da su parni strojevi mnogo učinkovitiji.

Tijekom eksperimenata, Joule stvara termometre koji mogu mjeriti temperaturu s točnosti od 1/200 stupnjeva. To mu omogućuje da ide dublje u proučavanje toplinskog učinka struje. Godine 1840., zahvaljujući daljnjim opažanjima, fizičar otkriva učinak magnetske zasićenosti. Iste godine šalje Kraljevskom znanstvenom društvu rad "Na formiranje topline strujom struje". Članak nije bio cijenjen. Samo je Manchesterov književni i filozofski časopis pristao objaviti.

Zakon Joule-Lenz

Taj je članak kasnije postao jedan od glavnih dostignuća znanstvenika. U članku je James Joule govorio o odnosu snage struje i količini oslobođene topline. Tvrdio je da je količina topline koja se oslobađa u vodiču izravno proporcionalna otporu vodiča, kvadratu sile i vremenu prolaska struje.

U to je vrijeme slična teorija razvila Emilie Lenz. Činjenica da vodljivost metalnog vodiča ovisi o temperaturi, što je ruski fizičar otkrio već 1832. godine. Kako bi točno odredio temperaturu u vodiču, znanstvenik je izumio poseban brod u koji je uliven alkohol. Žica kroz koju je struja prošla spuštena je u posudu. Zatim je nadzirana koliko dugo alkohol će se zagrijati. Joel James Prescott je koristio sličnu metodu, samo je upotrijebio vodu kao tekućinu.

Rezultati dugogodišnjeg istraživanja Lenz objavljeni su tek 1843. godine, ali u njegovim spisima postojali su točniji znanstvena opravdanja od Joulea, čiji rad u početku nije ni želio ispisati. S obzirom na prvenstvo Joulea i točne izračune Emilie Lenz, odlučeno je da se zakon imenuje u čast oba. S vremenom je Joule-Lentzov zakon označio početak termodinamike.

magnetostrikcijski

Paralelno s svojstvima električne struje, James Joule proučava magnetske fenomene. Godine 1842. primjećuje da željezo varira u veličini pod utjecajem magnetskih valova. Ako su metalne šipke smještene u magnetsko polje, njihova dužina će postati nešto veća.

Znanstvena zajednica sumnja u postojanje bilo kakvog otkrića. Promjena veličine štapića bila je tako beznačajna da ga ljudsko oko nije uhvatilo. Ali fizičar je razvio posebnu tehniku, uz pomoć kojih je dobio očigledan dokaz.

Kasnije je otkriveno da drugi metali posjeduju taj učinak, a sam fenomen zove se magnetostricija. Sada je otkriće Joulea otkrilo mnogo načina korištenja. Na primjer, magnetostriktivni metali služe kao materijal valovoda za mjerenje razine vode u spremnicima. Ovaj fenomen se također koristi za izradu oznaka u protuprovalnim sustavima.

Eksperimenti s plinom

U četrdesetim godinama prošlog stoljeća James Joule je aktivno proučavao svojstva plina, naime, pojave povezane s njegovom ekspanzijom i kontrakcijom. Eksperimentirao je s ekspanzijom ispuštenog plina, dokazujući da njegova unutarnja energija ne ovisi o volumenu. Samo je temperatura plina važna.

Godine 1848. po prvi puta u povijesti fizike , Joule je izmjerio brzinu molekula plina. Ovo iskustvo postaje rani rad na kinetičkoj teoriji plinova, dajući poticaj daljnjem istraživanju na ovom području. Rad Joulea kasnije je nastavio Škotski James Maxwell.

Za značajan znanstveni doprinos u čast engleskog fizičara, mjerne jedinice rada, količine topline i energije - imenovan je Joule.

Joule i Thomson

Ogroman utjecaj na aktivnosti Joulea i njegovo priznanje u znanstvenom svijetu učinio je William Thomson. Znanstvenici su se upoznali 1847. godine, kada je Joule predstavio britanskom udruženju znanstvenika izvješće o mjerenjima mehaničkog ekvivalenta topline.

Sve dok Thomson Joule nije ozbiljno shvaćen u znanstvenoj zajednici. Tko zna, možda ne bismo saznali zakone fizike koje je otkrio, ako William Thomas nije objasnio njihovu važnost za "snobove" britanske zajednice.

Zajedno, fizičari su proučavali svojstva plinova, otkrivajući da s adijabatskim gasom plin se hladi. To znači da se temperatura plina (ili tekućine) smanjuje tijekom prolaska kroz prigušnicu (izolirani ventil). Taj je fenomen bio nazvan Joule-Thomsonov efekt. Sada se taj fenomen koristi za postizanje niskih temperatura.

Znanstvenici su se također bavili termodinamičkom mjerom, nazvano po naslovu Gospodina Kelvina, koji je pripadao William Thomson.

Prepoznavanje Jamesa Joulea

Slava i priznanje još uvijek su uhvatili engleski fizičar. U pedesetim godinama XIX. Stoljeća postao je član Londonskog društva i dobio je Kraljevsku medalju. Godine 1866. dobio je Copley medalju, a zatim Albertovu medalju.

Joel je nekoliko puta postao predsjednik britanske znanstvene udruge. Bio je nagrađen akademskim stupnjevima doktora prava na sveučilištima u Dublinu, Edinburghu i Oxfordu.

U njegovu čast postoji kip u gradskoj zgradi u Manchesteru i spomenik u Westminsterskoj opatiji. S druge strane Mjeseca nalazi se krater Jamesa Joulea.

zaključak

Poznati znanstvenik, čije se ime zove zakon fizike i mjerne jedinice, nije mogao postići priznanje. Zahvaljujući svojoj ustrajnosti i napornom radu, nije se zaustavio na brojnim neuspjehima. Na kraju je dokazao pravo na svoje mjesto pod suncem ili barem na lunarnom krateru.