Förmodligen finns det ingen person som inte känner till namnet James Joel. Denna fysikers upptäckter används över hela världen. Vilken väg tog forskaren? Vilka upptäckter gjorde han?
Livet för en framstående fysiker
James Joule föddes den 24 december 1818. Biografin om den framtida fysikern börjar i den engelska staden Salford, i familjen till en framgångsrik bryggeriägare. Pojkens utbildning ägde rum hemma, under en tid fick han lära sig fysik och kemi av John D alton. Tack vare honom blev den engelske fysikern kär i vetenskapen.
Joule hade inte god hälsa, han tillbringade mycket tid hemma och utförde fysiska experiment och experiment. Redan som 15-åring fick han på grund av sin fars sjukdom sköta bryggeriet tillsammans med sin bror. Att arbeta på sin fars fabrik gav honom inte möjlighet att gå på universitetet, så James Joule ägnade sig helt åt sitt hemlaboratorium.
Från 1838 till 1847 studerade fysikern aktivt elektricitet och gjorde sina första vetenskapliga framsteg. I Annals of Electricity publicerade han en artikel om elektricitet och upptäckte 1841 en ny fysisk lag, som nu bär hans namn.
År 1847 ingick Joule sitt första och enda äktenskap med Amelia Grimes. Snart har deAlice Amelia och Benjamin Arthur föds. 1854 dog hans hustru och son. Joule själv dör 1889 i England, i staden Sale.
Under hela sitt liv publicerade han omkring 97 artiklar i fysik, några av dem skrivna tillsammans med andra vetenskapsmän: Lyon, Thomson, etc. För enastående vetenskapliga prestationer och upptäckta fysikens lagar belönades han med flera medaljer och fick en livstidspension från den brittiska regeringen till ett belopp av cirka 200 pund.
Första verk och experiment
Medan han observerade ångmaskinerna i sin fars bryggeri, bestämde sig James Joule för att ersätta dem med elektriska för effektiviteten. 1838 publicerade han en artikel i en vetenskaplig tidskrift där han beskriver enheten för en elektromagnetisk motor som han uppfann. 1840 dök det upp nya elmotorer på bryggeriet, och fysikern fortsatte att studera elektrisk ström och värmeavgivning. Senare visade det sig att ångmaskiner var mycket effektivare.
Under experimenten skapar Joule termometrar som kan mäta temperatur med en noggrannhet på 1/200 grader. Detta gör att han kan fördjupa sig i studiet av strömmens termiska effekt. År 1840, tack vare ytterligare observationer, upptäckte fysikern effekten av magnetisk mättnad. Samma år skickade han till Royal Scientific Society verket "Om värmebildning med hjälp av elektrisk ström". Artikeln har inte betygsatts. Endast Manchester Literary and Philosophical Journal gick med på att publicera den.
Joule-Lenz Law
Okänd av London Scientific Society, artikeln visade sig senare vara en av de viktigasteforskarens prestationer. I artikeln pratade James Joule om förhållandet mellan strömstyrka och mängden värme som frigörs. Han hävdade att mängden värme som frigörs i ledaren är direkt proportionell mot ledarens motstånd, kvadraten på kraften och tiden för strömmens passage.
Vid den tiden utvecklades en liknande teori av Emilius Lenz. Det faktum att en metallledares ledningsförmåga beror på temperaturen upptäcktes av en rysk fysiker redan 1832. För att exakt bestämma temperaturen i ledaren uppfann forskaren ett speciellt kärl i vilket alkohol hälldes. Tråden genom vilken strömmen leddes sänktes ner i kärlet. Därefter spårades det hur länge alkoholen skulle värmas upp. Joule James Prescott använde en liknande metod, men använde vatten som vätska.
Resultaten av många års forskning som Lenz publicerade först 1843, men i hans skrifter fanns det mer exakta vetenskapliga motiveringar än Joule, vars verk först inte ens ville tryckas. Med tanke på Joules företräde och Emil Lenz exakta beräkningar beslöt man att döpa lagen efter båda. Med tiden lade Joule-Lenz-lagen grunden för termodynamiken.
Magnetostriction
Parallellt med elektrisk ströms egenskaper studerar James Joule magnetiska fenomen. 1842 märker han att järn förändras i storlek under påverkan av magnetiska vågor. Om metallstavar placeras i ett magnetfält blir deras längd något längre.
Det vetenskapliga samfundet tvivlade på att det fanns någon upptäckt här. Förändringen i storleken på stavarna varså obetydlig att det mänskliga ögat inte kunde fånga det. Men fysikern utvecklade en speciell teknik med vilken han fick visuella bevis.
Senare visade det sig att även andra metaller har denna effekt, och själva fenomenet kallades magnetostriktion. Nu har många applikationer hittats för upptäckten av Joule. Till exempel fungerar magnetostriktiva metaller som materialet i en vågledare för att mäta vattennivån i tankar. Detta fenomen används också för att göra taggar i stöldskyddssystem.
Gasexperiment
På 40-talet studerade James Joule aktivt gasens egenskaper, nämligen de fenomen som förknippas med dess expansion och sammandragning. Han genomförde ett experiment med expansionen av en förtärnad gas, samtidigt som han bevisade att dess inre energi inte beror på volym. Bara gasens temperatur spelar roll.
År 1848 mätte Joule hastigheten på gasmolekyler för första gången i fysikens historia. Denna erfarenhet var ett tidigt arbete med den kinetiska teorin om gaser, vilket gav impulser till ytterligare forskning inom detta område. Joules arbete fortsatte senare av skotten James Maxwell.
För ett betydande vetenskapligt bidrag till den engelska fysikerns ära, namngavs enheten för att mäta arbete, mängden värme och energi, Joule.
Joule och Thomson
William Thomson hade en enorm inverkan på Joules aktiviteter och hans erkännande i den vetenskapliga världen. Forskarna träffades 1847 när Joule presenterade en rapport om mätningar av den mekaniska ekvivalenten av värme för British Association of Scientists.
Innan Thomson Joule inte togs på allvar i vetenskapliga kretsar. Vem vet, kanske skulle vi inte ha känt till fysikens lagar han upptäckte om inte William Thomas hade förklarat deras betydelse för "snobbarna" i det brittiska samfundet.
Tillsammans studerade fysiker gasernas egenskaper och upptäckte att gas kyls under adiabatisk strypning. Det vill säga att temperaturen på gasen (eller vätskan) minskar under passage genom öppningen (isolerad ventil). Fenomenet kallas för Joule-Thomson-effekten. Nu används detta fenomen för att få låga temperaturer.
Forskare arbetade också på den termodynamiska skalan, uppkallad efter titeln Lord Kelvin, som tillhörde William Thomson.
James Joule bekännelse
Berömmelse och erkännande gick fortfarande om den engelska fysikern. På 1950-talet blev han medlem av Royal Society of London och belönades med Royal Medal. 1866 fick han Copley-medaljen och senare Albert-medaljen.
Joule blev flera gånger ordförande för British Scientific Association. Han tilldelades doktorsexamen i juridik från Dublin College, Edinburgh och Oxford University.
Det finns en staty till hans ära i stadshuset i Manchester och ett minnesmärke i Westminster Abbey. Det finns en James Joule-krater på bortre sidan av månen.
Slutsats
Den berömda vetenskapsmannen, vars namn ges till fysikens lagar och måttenheter, kunde inte uppnå erkännande. Tack vare hansuthållighet och arbete, han slutade inte före många misslyckanden. Till slut bevisade han rätten till sin plats under solen, eller åtminstone på en månkrater.
