James Joule: biografija, znanstvena odkritja

Verjetno ni nobene osebe, ki ne pozna imena James Joule. Razkritja tega fizika se uporabljajo po vsem svetu. Kakšna je pot znanstvenika? Kakšna odkritja je naredil?

Življenje izjemnega fizika

24. decembra 1818 se je rodil James Joule. Biografija prihodnje fizike se začne v angleškem mestu Salford v družini uspešnega lastnika pivovarne. Učenje fanta je potekalo doma, nekaj časa je poučevalo fiziko in kemijo John Dalton. Zahvaljujoč njemu je angleški fizik ljubil znanost.

Joule ni imel dobrega zdravja, preživel je veliko časa doma, fizičnih eksperimentov in eksperimentov. Že pri 15 letih je zaradi očetove bolezni moral voditi pivovarno s svojim bratom. Delo v očetovi tovarni mu ni dalo priložnosti za vstop na univerzo, zato je bil James Joule povsem posvečen domačemu laboratoriju.

Od 1838 do 1847 je fizik dejavno študiral električno energijo in opravljal prve znanstvene dosežke. V reviji Annals of Electricity objavlja članek o električni energiji, leta 1841 pa odpre nov fizični zakon, ki zdaj nosi njegovo ime.

Leta 1847 je Joel sklenil prvo in edino zakonsko zvezo z Amelio Grimes. Kmalu so rojeni Alice Amelia in Benjamin Arthur. Leta 1854 sta bila žena in sin ubita. Joule sam umre leta 1889 v Angliji, v mestu Sale.

V vsem svojem življenju je objavil okoli 97 člankov o fiziki, nekatere od njih so napisani v sodelovanju z drugimi znanstveniki: .. Lyon, Thomson, itd za izjemne znanstvene dosežke in odprite zakonov fizike, je prejel več medalj in prejel doživljenjsko pokojnino od britanske vlade v višini okoli 200 funtov.

Prva dela in eksperimenti

Gledal parni motorji v očetovi pivovarni, se je James Joule odločil, da jih bo zamenjal z električnimi. Leta 1838 je v akademski reviji objavil članek, v katerem je opisal napravo elektromagnetnega motorja, ki ga je izumil. Leta 1840 so se na pivovarništvu pojavili novi elektromotorji, fizik pa je nadaljeval študij električnega toka in sproščanja toplote. Kasneje se je izkazalo, da so parni stroji veliko bolj učinkoviti.

Med poskusi Joule ustvarja termometre, ki lahko merijo temperaturo s točnostjo 1/200 stopinj. To mu omogoča globlje v študijo termičnega učinka toka. Leta 1840 je fizik s pomočjo nadaljnjih opazovanj odkril učinek magnetne nasičenosti. V istem letu pošlje Kraljevi znanstveni družbi delo "Pri nastajanju toplote z električnim tokom." Članek ni bil cenjen. Le Mančesterov literarni in filozofski časopis se je strinjal, da ga objavi.

Zakon Joule-Lenz

Članek se je kasneje izkazal kot eden od glavnih dosežkov znanstvenika, ki ga Londonsko znanstveno društvo ni priznalo. V članku je James Joule govoril o razmerju med močjo toka in količino sproščene toplote. To je trdil količina toplote, ki je razporejena v prevodniku, je neposredno sorazmerna odpornosti vodnika, kvadratu sile in času prehoda toka.

V tem času je podobno teorijo razvila Emilie Lenz. Dejstvo, da je prevodnost kovinskega vodnika odvisna od temperature, je ruski fizik odkril že leta 1832. Za natančno določitev temperature v prevodniku je znanstvenik izumil posebno posodo, v katero je bil izlivan alkohol. Žica, skozi katero je bil tok prenesen, je bil spuščen v posodo. Potem se je spremljalo, kako dolgo se bo segrevala alkohol. Joel James Prescott je uporabil podobno metodo, le uporabil vodo kot tekočino.

Rezultati letih raziskav Lenz objavljen šele leta 1843, vendar je njegovo delo je bilo bolj natančne znanstvene študije, kot je Joule, delo, ki sprva sploh niso želeli natisniti. Glede na primarnost Joula in natančne izračune Emilie Lentz, je bilo odločeno, da se v čast obeh imenuje zakon. Sčasoma je zakon Joule-Lentz postavil temelje termodinamike.

Magnetostrikcija

Vzporedno z električnimi tokovnimi lastnostmi študija James Joule magnetni pojavi. Leta 1842 ugotavlja, da železo spreminja velikost pod vplivom magnetnih valov. Če so kovinske palice nameščene v magnetno polje, bo njihova dolžina nekoliko večja.

Znanstvena skupnost je dvomila o obstoju kakršnega koli odkritja. Sprememba velikosti palic je bila tako nepomembna, da ga človeško oko ni ulovilo. Toda fizik je razvil posebno tehniko, s katero je dobil vizualne dokaze.

Kasneje je bilo ugotovljeno, da imajo drugi kovine ta učinek, sam pojav pa se imenuje magnetostrikcija. Zdaj je za odkritje Joula našel veliko načinov uporabe. Na primer, magnetostriktivne kovine služijo kot material valovoda za merjenje nivoja vode v rezervoarjih. Ta pojav se uporablja tudi za izdelavo oznak v sistemih proti kraji.

Poskusi s plinom

V šestdesetih letih 20. stoletja je James Joule aktivno proučeval lastnosti plina, in sicer pojavov, povezanih z njeno širitvijo in krčenjem. Izvedel je eksperiment z ekspanzijo izpraznjenega plina, ki dokazuje, da je njegov notranja energija ni odvisen od obsega. Pomembna je samo temperatura plina.

Leta 1848 je Joel prvič v Ljubljani zgodovina fizike izmerili hitrost molekul plina. Ta izkušnja je postala zgodnje delo na kinetični teoriji plinov, kar daje zagon nadaljnjim raziskavam na tem področju. Delo Joula je kasneje nadaljeval skotsman James Maxwell.

Za pomemben znanstveni prispevek v čast angleškemu fiziku je bila imenovana enota merjenja dela, količine toplote in energije - Joule.

Joule in Thomson

Ogromen vpliv na dejavnosti Joula in njegovo priznanje v znanstvenem svetu je podal William Thomson. Znanstveniki so se srečali leta 1847, ko je Joule predstavil Britanskemu združenju znanstvenikov poročilo o meritvah mehanskega ekvivalenta toplote.

Dokler Thomson Joule v znanstveni skupnosti ni bil vzet resno. Kdo ve, mogoče pa ne bi bilo znano, je odkril zakone fizike, če je William Thomas ni jim pojasnil pomen "snobe" britanske skupnosti.

Skupaj so fiziki preučevali lastnosti plinov in ugotovili, da se z adiabatskim dušenjem ohladi plin. To pomeni, da se temperatura plina (ali tekočine) med prehodom skozi plin (izoliran ventil) zmanjša. Pojav je bil imenovan Joule-Thomsonov učinek. Zdaj se ta pojav uporablja za pridobivanje nizkih temperatur.

Znanstveniki so obravnavali tudi termodinamično lestvico, imenovano po naslovu Lorda Kelvina, ki je pripadal Williamu Thomsonu.

Priznanje Jamesa Joula

Slava in priznanje sta kljub temu prehitel angleškega fizika. V petdesetih letih XIX stoletja je postal član Kraljeve družbe v Londonu in podelil Kraljevo medaljo. Leta 1866 je prejel Copley medaljo in nato medaljo Albert.

Joel je večkrat postal predsednik British Scientific Association. Dodeljen je doktoratu doktorja prava na Dublin College, Edinburgh in Oxford University.

V njegovem častu je kip v mestni občini v Manchestru in spomenik v opatiji Westminster. Na drugi strani Lune je krater James Joule.

Zaključek

Slavni znanstvenik, katerega ime imenujemo zakoni fizike in enote merjenja, ni mogel doseči prepoznavnosti. Zaradi svoje vztrajnosti in trdega dela se ni ustavil pri številnih napakah. Na koncu je dokazal pravico do svojega mesta pod soncem ali vsaj v lunarnem kraterju.