Todennäköisesti ei ole henkilöä, joka ei tietäisi nimeä James Joel. Tämän fyysikon löytöjä käytetään kaikkialla maailmassa. Minkä polun tiedemies valitsi? Mitä löytöjä hän teki?
Erinomaisen fyysikon elämä
James Joule syntyi 24. joulukuuta 1818. Tulevan fyysikon elämäkerta alkaa englantilaisesta Salfordin kaupungista, menestyneen panimon omistajan perheestä. Pojan koulutus tapahtui kotona, jonkin aikaa fysiikkaa ja kemiaa opetti hänelle John D alton. Hänen ansiostaan englantilainen fyysikko rakastui tieteeseen.
Joulella ei ollut hyvä terveys, hän vietti paljon aikaa kotona tehden fyysisiä kokeita ja kokeita. Jo 15-vuotiaana isänsä sairauden vuoksi hän joutui johtamaan panimoa veljensä kanssa. Isänsä tehtaalla työskentely ei antanut hänelle mahdollisuutta mennä yliopistoon, joten James Joule omistautui kokonaan kotilaboratoriolleen.
Vuodesta 1838 vuoteen 1847 fyysikko opiskeli aktiivisesti sähköä ja saavutti ensimmäisen tieteellisen edistymisensä. Annals of Electricityssä hän julkaisi artikkelin sähköstä ja löysi vuonna 1841 uuden fyysisen lain, joka nyt kantaa hänen nimeään.
Vuonna 1847 Joule solmi ensimmäisen ja ainoan avioliittonsa Amelia Grimesin kanssa. Pian he ovatAlice Amelia ja Benjamin Arthur syntyvät. Vuonna 1854 hänen vaimonsa ja poikansa kuolivat. Joule itse kuolee vuonna 1889 Englannissa, Salen kaupungissa.
Hän julkaisi elämänsä aikana noin 97 fysiikan artikkelia, joista osa on kirjoitettu yhdessä muiden tutkijoiden kanssa: Lyon, Thomson jne. Erinomaisista tieteellisistä saavutuksista ja löydetyistä fysiikan laeista hänelle myönnettiin useita mitaleja ja hän sai tunnustuksen. elinikäinen eläke Yhdistyneen kuningaskunnan hallitukselta noin 200 puntaa.
Ensimmäiset työt ja kokeilut
Kun James Joule tarkkaili höyrykoneita isänsä panimossa, hän päätti korvata ne sähkökoneilla tehokkuuden vuoksi. Vuonna 1838 hän julkaisi artikkelin tieteellisessä lehdessä, jossa hän kuvaa keksimänsä sähkömagneettisen moottorin laitetta. Vuonna 1840 panimolle ilmestyi uusia sähkömoottoreita, ja fyysikko jatkoi sähkövirran ja lämmön vapautumisen tutkimista. Myöhemmin kävi ilmi, että höyrykoneet olivat paljon tehokkaampia.
Kokeiden aikana Joule luo lämpömittareita, jotka voivat mitata lämpötilaa 1/200 asteen tarkkuudella. Tämä antaa hänelle mahdollisuuden sukeltaa syvemmälle virran lämpövaikutuksen tutkimukseen. Vuonna 1840 fyysikko havaitsee lisähavaintojen ansiosta magneettisen kyllästymisen vaikutuksen. Samana vuonna hän lähetti Royal Scientific Societylle teoksen "Lämmön muodostuksesta sähkövirran avulla". Artikkelia ei arvioitu. Vain Manchester Literary and Philosophical Journal suostui julkaisemaan sen.
Joule-Lenzin laki
London tiedeseura ei tunnustanut artikkelia, mutta myöhemmin se osoittautui yhdeksi tärkeimmistätiedemiesten saavutuksia. Artikkelissa James Joule puhui virran voimakkuuden ja vapautuvan lämmön välisestä suhteesta. Hän väitti, että johtimessa vapautuva lämmön määrä on suoraan verrannollinen johtimen vastukseen, voiman neliöön ja virran kulumisaikaan.
Silloin samanlaisen teorian kehitti Emilius Lenz. Venäläinen fyysikko havaitsi jo vuonna 1832, että metallijohtimen johtavuus riippuu lämpötilasta. Johtimessa olevan lämpötilan määrittämiseksi tarkasti tiedemies keksi erityisen astian, johon alkoholi kaadettiin. Lanka, jonka läpi virta johdettiin, laskettiin astiaan. Seuraavaksi seurattiin kuinka kauan alkoholi lämpenee. Joule James Prescott käytti samanlaista menetelmää, mutta käytti vettä nesteenä.
Lenzin monivuotisen tutkimuksen tulokset julkaisi vasta vuonna 1843, mutta hänen kirjoituksissaan oli tarkempia tieteellisiä perusteluja kuin Joulen, jonka töitä ei aluksi haluttu edes painaa. Ottaen huomioon Joulen ensisijaisuuden ja Emil Lenzin tarkat laskelmat, laki päätettiin nimetä molempien mukaan. Ajan mittaan Joule-Lenzin laki loi pohjan termodynamiikalle.
Magneettiristikko
Sähkövirran ominaisuuksien rinnalla James Joule tutkii magneettisia ilmiöitä. Vuonna 1842 hän huomaa, että raudan koko muuttuu magneettisten a altojen vaikutuksesta. Jos metallitangot asetetaan magneettikenttään, niiden pituus kasvaa hieman.
Tiedeyhteisö epäili minkään löydön olemassaoloa täällä. Vavojen koon muutos oliniin merkityksetön, ettei ihmissilmä voinut saada sitä kiinni. Mutta fyysikko kehitti erityisen tekniikan, jolla hän sai visuaalista näyttöä.
Myöhemmin kävi ilmi, että myös muilla metalleilla on tämä vaikutus, ja itse ilmiötä kutsuttiin magnetostriktioksi. Nyt Joulen löytämiseen on löydetty monia sovelluksia. Esimerkiksi magnetostriktiiviset metallit toimivat a altoputken materiaalina säiliöiden vedenpinnan mittaamiseen. Tätä ilmiötä käytetään myös tunnisteiden tekemiseen varkaudenestojärjestelmissä.
Kaasukokeet
James Joule tutki 40-luvulla aktiivisesti kaasun ominaisuuksia, nimittäin sen laajenemiseen ja supistumiseen liittyviä ilmiöitä. Hän suoritti kokeen harvennetun kaasun paisumisesta ja osoitti, että sen sisäinen energia ei riipu tilavuudesta. Vain kaasun lämpötilalla on väliä.
Vuonna 1848 Joule mittasi kaasumolekyylien nopeuden ensimmäistä kertaa fysiikan historiassa. Tämä kokemus oli varhainen työ kaasujen kineettisen teorian parissa, mikä antoi sysäyksen jatkotutkimukselle tällä alalla. Joulen työtä jatkoi myöhemmin skotti James Maxwell.
Merkittävästä tieteellisestä panoksesta englantilaisen fyysikon kunniaksi työn, lämmön ja energian määrän mittausyksikkö nimettiin Jouleksi.
Joule ja Thomson
William Thomsonilla oli v altava vaikutus Joulen toimintaan ja hänen tunnettuuteensa tieteellisessä maailmassa. Tiedemiehet tapasivat vuonna 1847, kun Joule esitti British Association of Scientists -järjestölle raportin lämmön mekaanisen ekvivalentin mittauksista.
Ennen Thomson Joulea ei otettu vakavasti tiedepiireissä. Kuka tietää, ehkä emme olisi tunteneet hänen löytämiään fysiikan lakeja, ellei William Thomas olisi selittänyt niiden merkitystä brittiyhteisön "snobeille".
Fyysikot tutkivat yhdessä kaasujen ominaisuuksia ja havaitsivat, että kaasu jäähtyy adiabaattisen kuristuksen aikana. Toisin sanoen kaasun (tai nesteen) lämpötila laskee kulkiessaan aukon (eristetty venttiili) läpi. Ilmiötä kutsutaan Joule-Thomson-ilmiöksi. Nyt tätä ilmiötä käytetään alhaisten lämpötilojen saavuttamiseen.
Tutkijat työskentelivät myös termodynaamisella asteikolla, joka on nimetty lordi Kelvinin arvonimen mukaan, joka kuului William Thomsonille.
James Joulen tunnustus
Maine ja tunnustus yllättivät edelleen englantilaisen fyysikon. 1950-luvulla hänestä tuli Lontoon Royal Societyn jäsen ja hänelle myönnettiin kuninkaallinen mitali. Vuonna 1866 hän sai Copley-mitalin ja myöhemmin Albert-mitalin.
Joulesta tuli useita kertoja British Scientific Associationin presidentti. Hänelle on myönnetty oikeustieteen tohtorin tutkinnot Dublin Collegesta, Edinburghin ja Oxfordin yliopistoista.
Hänen kunniaksi on patsas Manchesterin kaupungintalolla ja muistomerkki Westminster Abbeyssa. Kuun toisella puolella on James Joule -kraatteri.
Johtopäätös
Kuuluisa tiedemies, jonka nimi on annettu fysiikan laeille ja mittayksiköille, ei voinut saavuttaa tunnustusta. Kiitos hänensinnikkyys ja työ, hän ei pysähtynyt ennen lukuisia epäonnistumisia. Lopulta hän todisti olevansa oikeutettu paikkaansa auringon alla tai ainakin kuun kraatteriin.
