James Joule: biografija, znanstvena otkrića

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

Život izvanrednog fizičara

Dana 24. prosinca 1818. rođen je James Joule. Biografija buduće fizike počinje u engleskom gradu Salfordu, u obitelji uspješnog vlasnika pivovare. Dječak je trenirao kod kuće, neko vrijeme bio je naučen fizikom i kemijom John Dalton. Zahvaljujući njemu, engleski je fizičar volio znanost.

Joule nije imao dobro zdravlje, proveo je puno vremena kod kuće, obavljao je fizičke pokuse i eksperimente. Već u 15, zbog bolesti njegova oca, morao je voditi pivovaru s bratom. Raditi u očevoj tvornici nije mu omogućio ulazak na 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 struji, a 1841. otvara novi fizički zakon koji sada nosi njegovo ime.

Godine 1847. Joel zaključuje prvi i jedini brak s Amelijom 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.

U svim svojim životom on je objavio oko 97 radova na fizici, neki od njih su napisane u suradnji s drugim znanstvenicima: .. Lyon, Thomson itd za iznimna znanstvena dostignuća i otvoriti zakone fizike, bio je nagrađen nekoliko medalja i dobio doživotno mirovinu iz britanske 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 učinkovitost. 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 je 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 točnošću 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 električnom strujom". Članak nije bio cijenjen. Samo je Manchesterov književni i filozofski časopis pristao objaviti.

Zakon Joule-Lenz

Nepoznato od strane Londonskog znanstvenog društva, članak se kasnije pokazao kao jedno od glavnih dostignuća znanstvenika. U članku je James Joule govorio o odnosu čvrstoće struje i količine oslobođene topline. Tvrdio je to količina topline, koji je dodijeljen u vodiču, izravno je proporcionalan otporu vodiča, kvadratu sile i vremenu prolaska struje.

U to je vrijeme slična teorija razvila Emilie Lenz. Činjenica da provodljivost 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 izlio alkohol. Žica kroz koju je struja prošla bila je spuštena u posudu. Zatim je pratila koliko dugo alkohol će se zagrijati. Joel James Prescott je koristio sličnu metodu, samo je upotrijebio vodu kao tekućinu.

Rezultati godina istraživanja Lenz objavljena samo u 1843, ali je njegov rad bio točniji znanstvena istraživanja od Joule, rad koji na prvi pogled nije ni želite ispisati. S obzirom na primat Joule i točne izračune Emily Lenz, odlučeno je da se ime zakona u čast oba. S vremenom je zakon Joule-Lentz postavio temelje termodinamike.

magnetostrikcijski

Paralelno s svojstvima električne struje, James Joule proučava magnetski fenomeni. Godine 1842. primjećuje da se željezo razlikuje po 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 štapova bila je toliko beznačajna da ga ljudsko oko nije uhvatilo. Ali fizičar je razvio posebnu tehniku, kroz koju je dobio vizualne dokaze.

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 rezervoarima. Ovaj fenomen se također koristi za izradu oznaka u protuprovalnim sustavima.

Eksperimenti s plinom

James Joule je 1940. godine aktivno proučavao svojstva plina, naime, pojave povezane s njegovom ekspanzijom i kontrakcijom. Provodio je ekspanziju ispuštenog plina, dokazivši da je njegov unutarnja energija ne ovisi o količini. Samo je temperatura plina važno.

Godine 1848 Joel po prvi put u povijest fizike 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, jedinice mjerenja posla, količine topline i energije - Joule je dobio ime.

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.

Dok se Thomson Joule nije ozbiljno shvatio u znanstvenoj zajednici. Tko zna, možda ne bismo saznali zakone fizike koji 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 se fenomen zvao Joule-Thomsonov efekt. Sada se taj fenomen koristi za postizanje niskih temperatura.

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

Prepoznavanje Jamesa Joulea

Slava i priznanje ipak su prešli engleski fizičar. U pedesetim godinama XIX. Stoljeća postao je članom Londonskog društva i dodijelio kraljevsku medalju. Godine 1866. dobio je Copley medalju, a zatim Albertovu medalju.

Joel je nekoliko puta postao predsjednik britanske znanstvene udruge. Dobitnik je doktorskog doktorskog studija na Dublin Collegeu, Edinburghu i SAD - u Sveučilište Oxford.

U njegovu čast postoji kip u Gradskoj zgradi u Manchesteru i spomenik u Westminster Abbey. 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 upornosti i napornom radu, nije se zaustavio na brojnim kvarovima. Na kraju je dokazao pravo na svoje mjesto pod suncem ili barem na lunarnom krateru.