James Joule: biografia, odkrycia naukowe

Prawdopodobnie nie ma osoby, która nie zna imienia Jamesa Joule'a. Odkrycia tego fizyka są stosowane na całym świecie. Jaka była ścieżka naukowca? Jakie odkrycia zrobił?

Życie wybitnego fizycy

24 grudnia 1818 urodził się James Joule. Biografia przyszłości fizyki zaczyna się w angielskim mieście Salford, w rodzinie udanego właściciela browaru. Trening chłopca odbył się w domu, przez jakiś czas był nauczany fizyki i chemii przez Johna Daltona. Dzięki niemu angielski fizyk uwielbiał naukę.

Joule nie miał dobrego zdrowia, spędził dużo czasu w domu, robił fizyczne eksperymenty i eksperymenty. Już w wieku 15 lat, z powodu choroby ojca, musiał zarządzać browarem ze swoim bratem. Praca w fabryce jego ojca nie dała mu okazji wstępu na uniwersytet, więc James Joule był poświęcony domowi.

Od 1838 do 1847 roku fizyk aktywnie studiuje elektryczność i dokonuje pierwszych osiągnięć naukowych. W czasopiśmie "Annals of Electricity" publikuje artykuł o elektryczności, aw 1841 otwiera nowe prawo fizyczne, które teraz nosi imię.

W 1847 roku Joel kończy pierwsze i jedyne małżeństwo z Amelia Grimes. Wkrótce rodzą się Alice Amelia i Benjamin Arthur. W 1854 roku zginęła żona i syn. Joule sam umiera w 1889 roku w Anglii, w mieście Sale.

W swoim życiu opublikował około 97 prac na temat fizyki, z których część została napisana wspólnie z innymi naukowcami: Lionem, Thomsonem, itp. Dla wybitnych osiągnięć naukowych i otwartego prawa fizycznego otrzymał kilka medali i otrzymał emeryturę brytyjską od emerytury w wysokości Około 200 funtów.

Pierwsze prace i eksperymenty

Oglądając silniki parowe w browarze ojca, James Joule postanowił zastąpić je elektrycznymi do wykonania. W 1838 roku opublikował w czasopiśmie akademickim artykuł, w którym opisał urządzenie swojego elektromagnetycznego silnika, które wymyślił. W 1840 r. W browarze pojawiły się nowe silniki elektryczne, a fizyk kontynuował naukę prądu elektrycznego i odprowadzania ciepła. Później okazało się, że silniki parowe były znacznie wydajniejsze.

Podczas eksperymentów Joule tworzy termometry, które potrafią mierzyć temperaturę z dokładnością do 1/200 stopni. To pozwala mu pogłębić badania wpływu termicznego obecnego. W 1840 roku, dzięki dalszym obserwacjom, fizyk odkrył wpływ nasycenia magnetycznego. W tym samym roku wysyła do Królewskiego Towarzystwa Naukowego prace "O formowaniu ciepła przez prąd". Artykuł nie był doceniony. Jedynie czasopismo literackie i filozoficzne Manchesteru zgodziło się opublikować je.

Prawo Joula-Lenza

Nierozpoznany przez London Scientific Society, artykuł później okazał się jednym z głównych osiągnięć naukowca. W artykule James Joule mówił o relacji pomiędzy siłą prądu a ilością wydzielanego ciepła. Twierdził, że ilość ciepła, która jest uwalniana w przewodzie, jest wprost proporcjonalna do oporu przewodu, kwadratu siły i czasu przejścia prądu.

W tej chwili Emilie Lenz opracowała podobną teorię. Fakt, że przewodnictwo metalowego przewodnika zależy od temperatury, fizyka rosyjska odkryła już w 1832 roku. Aby dokładnie określić temperaturę w przewodzie, naukowiec wymyślił specjalny zbiornik, do którego wylano alkohol. Przewód, przez który przepływał prąd, został opuszczony do naczynia. Następnie monitorowano, jak długo alkohol rozgrzeje się. Joel James Prescott stosował podobną metodę, używając tylko wody jako płynu.

Wyniki lat Lenz opublikowane dopiero w 1843 r., Ale w jego pismach były dokładniejsze naukowe uzasadnienia niż Joule, którego praca na początku nawet nie chciała drukować. Biorąc pod uwagę prymat Joule i dokładne obliczenia Emilie Lenz, postanowiono nadać im prawo na cześć obu. Z czasem prawo Joule-Lentza oznaczało początek termodynamiki.

Magnetostriction

Równolegle z własnościami prądu elektrycznego, James Joule analizuje zjawiska magnetyczne. W 1842 roku zauważa, że żelazo zmienia się pod wpływem fal magnetycznych. Jeśli metalowe pręty są umieszczone w polu magnetycznym, ich długość stanie się nieco większa.

Społeczność naukowa wątpiła w istnienie jakiegokolwiek odkrycia. Zmiana wielkości prętów była tak nieistotna, że ludzkie oko nie złapało tego. Fizyka jednak opracował specjalną technikę, z pomocą której uzyskał oczywiste dowody.

Później okazało się, że inne metale posiadają ten efekt, a samo zjawisko nazywa się magnetostrykcją. Teraz odkrycie Joule znalazło wiele sposobów użycia. Na przykład metalami magnetostrykcyjnymi służą jako materiał falowodu do pomiaru poziomu wody w zbiornikach. Zjawisko to jest również wykorzystywane do znakowania w systemach zapobiegających kradzieży.

Eksperymenty z gazem

W latach czterdziestych XX wieku James Joule aktywnie studiował właściwości gazu, a mianowicie zjawiska związane z jego ekspansją i skurczem. Eksperymentował z rozbudową wyładowanego gazu, wykazując, że jego wewnętrzna energia nie zależy od objętości. Tylko temperatura gazu jest ważna.

W 1848 r., Po raz pierwszy w historii fizyki , Joule mierzył prędkość cząsteczek gazu. To doświadczenie stało się wczesną pracą nad kinetyką teorii gazów, dając impuls do dalszych badań w tej dziedzinie. Prace Joule'a kontynuowano później przez Scotsman Jamesa Maxwella.

Za istotny wkład naukowy na cześć angielskiego fizyka, jednostki miary pracy, ilości ciepła i energii – nazwano Joule.

Joule i Thomson

Ogromny wpływ na działalność Joule'a i jego uznanie w nauce światowej sprawił William Thomson. Naukowcy spotykają się w 1847 r., Kiedy Joule przedstawił Brytyjskiemu Stowarzyszeniu Naukowców sprawozdanie dotyczące pomiarów mechanicznego ekwiwalentu ciepła.

Dopóki Thomson Joule nie był traktowany poważnie w środowisku naukowym. Kto wie, może nie nauczyliby się fizyki odkrytej przez niego, gdyby William Thomas nie wyjaśnił ich wagi "snobom" brytyjskiej wspólnoty.

Razem fizycy zbadali właściwości gazów, odkrywając, że przy adiabatycznym dławieniu gas chłodzi. Oznacza to, że temperatura gazu (lub cieczy) maleje podczas przepuszczania przez przepustnicę (izolowany zawór). Zjawisko to nazywane było efektem Joule-Thomson. Teraz zjawisko to jest stosowane w celu uzyskania niskich temperatur.

Naukowcy zajmowali się także skalą termodynamiczną, nazwaną po tytule Lorda Kelvina, należącego do William Thomson.

Uznanie Jamesa Joula

Chwała i uznanie wciąż dotrzymują angielskiego fizyka. W latach pięćdziesiątych XIX wieku został członkiem Royal Society of London i został odznaczony Medalem Królewskim. W 1866 roku otrzymał medal z Copley, a następnie medal im.

Kilkakrotnie Joel stał się prezesem brytyjskiego stowarzyszenia naukowego. Uzyskał stopnie naukowe doktora prawa w Dublin College, Edynburgu i uniwersytetach w Oxfordzie.

Na jego cześć znajduje się pomnik w budynku miejskim w Manchesterze i pomnik w opactwie Westminster. Po drugiej stronie Księżyca znajduje się krater Jamesa Joula.

Wnioski

Słynny naukowiec, którego nazwisko nazywa się prawami fizyki i jednostek miary, nie mógł osiągnąć uznania. Dzięki wytrwałości i ciężkiej pracy nie przestał licznych upadków. W końcu udowodnił prawo do swojego miejsca pod słońcem lub przynajmniej na krystalicznym kraterze.