Sannsynligvis er det ingen person som ikke kjenner navnet James Joel. Oppdagelsene til denne fysikeren brukes over hele verden. Hvilken vei tok forskeren? Hvilke funn gjorde han?
Livet til en fremragende fysiker
James Joule ble født 24. desember 1818. Biografien til den fremtidige fysikeren begynner i den engelske byen Salford, i familien til en vellykket bryggerieier. Guttens utdannelse fant sted hjemme, i noen tid ble han undervist i fysikk og kjemi av John D alton. Takket være ham ble den engelske fysikeren forelsket i vitenskap.
Joule hadde ikke god helse, han tilbrakte mye tid hjemme og utførte fysiske eksperimenter og eksperimenter. Allerede som 15-åring måtte han på grunn av farens sykdom styre bryggeriet sammen med broren. Å jobbe på farens fabrikk ga ham ikke muligheten til å gå på universitetet, så James Joule viet seg helt til hjemmelaboratoriet sitt.
Fra 1838 til 1847 studerte fysikeren aktivt elektrisitet og gjorde sine første vitenskapelige fremskritt. I Annals of Electricity publiserte han en artikkel om elektrisitet, og oppdaget i 1841 en ny fysisk lov, som nå bærer navnet hans.
I 1847 inngikk Joule sitt første og eneste ekteskap med Amelia Grimes. Snart har deAlice Amelia og Benjamin Arthur er født. I 1854 døde hans kone og sønn. Joule selv dør i 1889 i England, i byen Sale.
Gjennom hele livet publiserte han rundt 97 artikler i fysikk, noen av dem skrevet sammen med andre forskere: Lyon, Thomson, etc. For fremragende vitenskapelige prestasjoner og oppdagede fysikklover ble han tildelt flere medaljer og mottok en livsvarig pensjon fra den britiske regjeringen på rundt 200 pund.
Første verk og eksperimenter
Mens han observerte dampmotorene i farens bryggeri, bestemte James Joule seg for å erstatte dem med elektriske for effektivitet. I 1838 publiserte han en artikkel i et vitenskapelig tidsskrift der han beskriver enheten til en elektromagnetisk motor han oppfant. I 1840 dukket det opp nye elektriske motorer ved bryggeriet, og fysikeren fortsatte å studere elektrisk strøm og varmeavgivelse. Senere viste det seg at dampmaskiner var mye mer effektive.
Under forsøkene lager Joule termometre som kan måle temperatur med en nøyaktighet på 1/200 grader. Dette lar ham gå dypere inn i studiet av strømmens termiske effekt. I 1840, takket være ytterligere observasjoner, oppdaget fysikeren effekten av magnetisk metning. Samme år sendte han til Royal Scientific Society verket "Om dannelsen av varme ved hjelp av elektrisk strøm." Artikkelen ble ikke vurdert. Bare Manchester Literary and Philosophical Journal gikk med på å publisere den.
Joule-Lenz Law
Artikkelen ble ikke anerkjent av London Scientific Society og viste seg senere å være en av de viktigsteforskerens prestasjoner. I artikkelen snakket James Joule om forholdet mellom strømstyrke og mengden varme som frigjøres. Han hevdet at mengden varme som frigjøres i lederen er direkte proporsjonal med motstanden til lederen, kvadratet på kraften og tiden for strømmens passering.
På den tiden ble en lignende teori utviklet av Emilius Lenz. Det faktum at ledningsevnen til en metallleder avhenger av temperatur ble oppdaget av en russisk fysiker tilbake i 1832. For nøyaktig å bestemme temperaturen i lederen, oppfant forskeren et spesielt kar som alkohol ble hellet i. Ledningen som strømmen ble ført gjennom ble senket ned i fartøyet. Deretter ble det sporet hvor lenge alkoholen ville varme opp. Joule James Prescott brukte en lignende metode, men brukte vann som væske.
Resultatene av mange års forskning Lenz publiserte først i 1843, men i hans skrifter var det mer nøyaktige vitenskapelige begrunnelser enn Joule, hvis arbeid først ikke engang ønsket å bli trykt. Gitt forrangen til Joule og de nøyaktige beregningene til Emil Lenz, ble det besluttet å navngi loven etter begge. Over tid la Joule-Lenz-loven grunnlaget for termodynamikk.
Magnetostriction
Parallelt med egenskapene til elektrisk strøm studerer James Joule magnetiske fenomener. I 1842 legger han merke til at jern endrer seg i størrelse under påvirkning av magnetiske bølger. Hvis metallstenger plasseres i et magnetfelt, vil lengden deres bli litt lengre.
Vitenskapssamfunnet tvilte på at det fantes noen funn her. Endringen i størrelsen på stengene varså ubetydelig at det menneskelige øyet ikke kunne fange det. Men fysikeren utviklet en spesiell teknikk som han skaffet visuelle bevis med.
Senere viste det seg at også andre metaller har denne effekten, og selve fenomenet ble k alt magnetostriksjon. Nå er det funnet mange applikasjoner for oppdagelsen av Joule. For eksempel tjener magnetostriktive metaller som materialet til en bølgeleder for å måle vannstanden i tanker. Dette fenomenet brukes også til å lage tagger i tyverisikringssystemer.
Gasseksperimenter
På 40-tallet studerte James Joule aktivt egenskapene til gass, nemlig fenomenene knyttet til dens ekspansjon og sammentrekning. Han utførte et eksperiment med utvidelse av en forseldet gass, samtidig som han beviste at dens indre energi ikke er avhengig av volum. Bare temperaturen på gassen betyr noe.
I 1848 målte Joule hastigheten til gassmolekyler for første gang i fysikkens historie. Denne erfaringen var et tidlig arbeid med den kinetiske teorien om gasser, og ga drivkraft til videre forskning på dette området. Joules arbeid ble senere videreført av skotten James Maxwell.
For et betydelig vitenskapelig bidrag til ære for den engelske fysikeren ble enheten for måling av arbeid, mengden varme og energi, Joule, navngitt.
Joule og Thomson
William Thomson hadde en enorm innvirkning på Joules aktiviteter og hans anerkjennelse i den vitenskapelige verden. Forskerne møttes i 1847 da Joule presenterte en rapport om målinger av den mekaniske ekvivalenten til varme for British Association of Scientists.
Før Thomson Joule ikke ble tatt på alvor i vitenskapelige kretser. Hvem vet, kanskje ville vi ikke ha kjent fysikkens lover han oppdaget hvis William Thomas ikke hadde forklart deres betydning for «snobbene» i det britiske samfunnet.
Sammen studerte fysikere egenskapene til gasser, og oppdaget at gass avkjøles under adiabatisk struping. Det vil si at temperaturen på gassen (eller væsken) synker under passasje gjennom åpningen (isolert ventil). Fenomenet kalles Joule-Thomson-effekten. Nå brukes dette fenomenet for å oppnå lave temperaturer.
Forskere arbeidet også på den termodynamiske skalaen, oppk alt etter tittelen Lord Kelvin, som tilhørte William Thomson.
James Joule-bekjennelse
Berømmelse og anerkjennelse innhentet fortsatt den engelske fysikeren. På 1950-tallet ble han medlem av Royal Society of London og ble tildelt Royal Medal. I 1866 mottok han Copley-medaljen og senere Albert-medaljen.
Joule ble flere ganger president for British Scientific Association. Han ble tildelt doktorgrad i juss fra Dublin College, Edinburgh og Oxford Universities.
Det er en statue til ære for ham i rådhuset i Manchester og et minnesmerke i Westminster Abbey. Det er et James Joule-krater på den andre siden av månen.
Konklusjon
Den berømte vitenskapsmannen, hvis navn er gitt til fysikkens lover og måleenheter, kunne ikke oppnå anerkjennelse. Takket være hansutholdenhet og arbeid, stoppet han ikke før mange feil. Til slutt beviste han retten til sin plass under solen, eller i det minste på et månekrater.
