Πιθανώς, δεν υπάρχει άτομο που να μην γνωρίζει το όνομα James Joule. Οι ανακαλύψεις αυτού του φυσικού εφαρμόζονται σε όλο τον κόσμο. Ποιο μονοπάτι πήγε ο επιστήμονας; Τι ανακαλύψεις έκανε;
Η ζωή ενός εξαιρετικού φυσικού
Ο Τζέιμς Τζούλ γεννήθηκε στις 24 Δεκεμβρίου 1818.Η βιογραφία του μελλοντικού φυσικού ξεκινά στην αγγλική πόλη Salford, στην οικογένεια ενός επιτυχημένου ιδιοκτήτη ζυθοποιίας. Το αγόρι διδάσκονταν στο σπίτι, για αρκετό καιρό δίδαξε φυσική και χημεία από τον John Dalton. Χάρη σε αυτόν, ο Άγγλος φυσικός ερωτεύτηκε την επιστήμη.
Ο Τζουλ δεν ήταν σε καλή υγείαφορά που κάθισε στο σπίτι, πραγματοποιώντας φυσικά πειράματα και πειράματα. Ήδη στην ηλικία των 15, λόγω της ασθένειας του πατέρα του, έπρεπε να τρέξει ζυθοποιείο με τον αδερφό του. Η εργασία του στο εργοστάσιο του πατέρα του δεν του έδωσε την ευκαιρία να πάει στο πανεπιστήμιο, οπότε ο Τζέιμς Τζουλ αφιερώθηκε εξ ολοκλήρου στο εργαστήριο του σπιτιού του.
Από το 1838 έως το 1847, ο φυσικός μελετά ενεργάηλεκτρικής ενέργειας και κάνει τις πρώτες επιστημονικές της εξελίξεις. Στο περιοδικό Annals of Electricity, δημοσιεύει ένα άρθρο για την ηλεκτρική ενέργεια, και το 1841 ανακαλύπτει έναν νέο φυσικό νόμο που φέρει τώρα το όνομά του.
Το 1847 ο Joule ολοκληρώνει το πρώτο καιμόνο γάμος με την Amelia Grimes. Σύντομα γεννιέται η Άλις Αμέλια και ο Μπέντζαμιν Άρθουρ. Το 1854, η γυναίκα και ο γιος του σκοτώθηκαν. Ο ίδιος ο Joule πέθανε το 1889 στην Αγγλία, στην πόλη Sale.
Σε όλη του τη ζωή, έχει δημοσιεύσει περίπου 97 έργαΦυσική, μερικά από αυτά συν-γράφτηκαν με άλλους επιστήμονες: Λυών, Thomson, κ.λπ. Για εξαιρετικά επιστημονικά επιτεύγματα και ανοιχτούς νόμους της φυσικής, του απονεμήθηκε πολλά μετάλλια και έλαβε σύνταξη ισόβιας ζωής από τη βρετανική κυβέρνηση ύψους περίπου 200 κιλών.
Πρώτα έργα και πειράματα
Παρακολούθηση ατμομηχανών σε ζυθοποιείοπατέρας, ο Τζέιμς Τζούλε αποφάσισε να τους αντικαταστήσει με ηλεκτρικούς για αποδοτικότητα. Το 1838, δημοσίευσε ένα άρθρο σε ένα επιστημονικό περιοδικό στο οποίο περιέγραψε τη δομή ενός ηλεκτρομαγνητικού κινητήρα που εφευρέθηκε από αυτόν. Το 1840, εμφανίστηκαν νέοι ηλεκτρικοί κινητήρες στο ζυθοποιείο και ο φυσικός συνέχισε να μελετά το ηλεκτρικό ρεύμα και την απελευθέρωση θερμότητας. Αργότερα αποδείχθηκε ότι οι ατμομηχανές ήταν πολύ πιο αποδοτικοί.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, ο Joule δημιουργεί θερμόμετρα,που μπορούν να μετρήσουν τη θερμοκρασία με ακρίβεια 1/200 βαθμού Αυτό του επιτρέπει να ερευνήσει βαθύτερα τη μελέτη της θερμικής επίδρασης του ρεύματος. Το 1840, χάρη σε περαιτέρω παρατηρήσεις, ο φυσικός ανακαλύπτει την επίδραση του μαγνητικού κορεσμού. Τον ίδιο χρόνο έστειλε στη Βασιλική Εταιρεία Επιστημών το έργο "Σχετικά με το σχηματισμό θερμότητας μέσω ηλεκτρικού ρεύματος." Το άρθρο δεν εκτιμήθηκε. Μόνο το λογοτεχνικό και φιλοσοφικό περιοδικό του Μάντσεστερ συμφώνησε να το δημοσιεύσει.
Νόμος Joule-Lenz
Το άρθρο δεν αναγνωρίζεται από την επιστημονική εταιρεία του Λονδίνουαργότερα αποδείχθηκε ένα από τα κύρια επιτεύγματα του επιστήμονα. Στο άρθρο, ο Τζέιμς Τζούλ μίλησε για τη σχέση μεταξύ της έντασης και της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται. Υποστήριξε ότι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε έναν αγωγό είναι ευθέως ανάλογη με την αντίσταση του αγωγού, το τετράγωνο της αντοχής και του χρόνου διέλευσης του ρεύματος.
Αυτή τη στιγμή, μια παρόμοια θεωρία αναπτύχθηκε από τον ΕμίλιοΛεντς. Το γεγονός ότι η αγωγιμότητα ενός μεταλλικού αγωγού εξαρτάται από τη θερμοκρασία ανακαλύφθηκε από έναν Ρώσο φυσικό το 1832. Για τον ακριβή προσδιορισμό της θερμοκρασίας στον αγωγό, ο επιστήμονας εφηύρε ένα ειδικό δοχείο στο οποίο χύθηκε αλκοόλ. Το καλώδιο μέσω του οποίου πέρασε το ρεύμα κατεβάστηκε στο δοχείο. Στη συνέχεια, παρακολουθήθηκε πόσο καιρό θα χρειαζόταν το αλκοόλ για να ζεσταθεί. Ο Joule James Prescott χρησιμοποίησε μια παρόμοια μέθοδο, χρησιμοποιώντας μόνο νερό ως υγρό.
Αποτελέσματα πολλών ετών έρευνας Lenzδημοσιεύτηκε μόνο το 1843, αλλά στα γραπτά του υπήρχε ακριβέστερη επιστημονική τεκμηρίωση από εκείνη του Joule, του οποίου το έργο στην αρχή δεν ήθελε καν να δημοσιευτεί. Δεδομένης της υπεροχής του Joule και των ακριβών υπολογισμών της Emilia Lenz, αποφασίστηκε να ονομαστεί ο νόμος προς τιμή και των δύο. Με τον καιρό, ο νόμος Joule-Lenz έθεσε τα θεμέλια για τη θερμοδυναμική.
Μαγνητοσυστολή
Παράλληλα με τις ιδιότητες του ηλεκτρικού ρεύματοςΟ James Joule μελετά μαγνητικά φαινόμενα. Το 1842, παρατηρεί ότι ο σίδηρος αλλάζει σε μέγεθος υπό την επίδραση μαγνητικών κυμάτων. Εάν οι μεταλλικές ράβδοι τοποθετηθούν σε μαγνητικό πεδίο, το μήκος τους θα είναι ελαφρώς μεγαλύτερο.
Η επιστημονική κοινότητα αμφισβήτησε την ύπαρξηεδώ οποιαδήποτε ανακάλυψη. Η αλλαγή στο μέγεθος των ράβδων ήταν τόσο αμελητέα που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορούσε να το πιάσει. Αλλά ο φυσικός ανέπτυξε μια ειδική τεχνική, με τη βοήθεια της οποίας έλαβε οπτικά στοιχεία.
Αργότερα αποδείχθηκε ότι αυτό το αποτέλεσμα κατέχεται επίσης απόάλλα μέταλλα, και το ίδιο το φαινόμενο ονομάστηκε μαγνητοσυστολή. Σήμερα, έχουν βρεθεί πολλές εφαρμογές για την ανακάλυψη του Joule. Για παράδειγμα, μαγνητοσυσταστικά μέταλλα χρησιμοποιούνται ως υλικό κυματοδηγού για τη μέτρηση της στάθμης του νερού σε δεξαμενές. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή ετικετών σε αντικλεπτικά συστήματα.
Πειράματα αερίου
Στη δεκαετία του '40, ο Τζέιμς Τζούλ μελετά ενεργάιδιότητες ενός αερίου, δηλαδή τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη διαστολή και τη συστολή του. Πραγματοποίησε ένα πείραμα με την επέκταση ενός αέριου σπέρματος, αποδεικνύοντας ότι η εσωτερική του ενέργεια δεν εξαρτάται από τον όγκο. Μόνο η θερμοκρασία του αερίου είναι σημαντική.
Το 1848 Joule για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικήςμέτρησε την ταχύτητα των μορίων αερίου. Αυτή η εμπειρία έγινε ένα πρώιμο έργο για την κινητική θεωρία των αερίων, δίνοντας ώθηση για περαιτέρω έρευνα σε αυτόν τον τομέα. Η δουλειά του Joule συνεχίστηκε αργότερα από τον Σκωτσέζικο James Maxwell.
Για μια σημαντική επιστημονική συνεισφορά προς τιμήν του Άγγλου φυσικού, της μονάδας μέτρησης της εργασίας, η ποσότητα θερμότητας και ενέργειας ονομάστηκε Joule.
Joule και Thomson
Τεράστια επιρροή στις δραστηριότητες του Joule και τουαναγνώριση στον επιστημονικό κόσμο δόθηκε από τον William Thomson. Οι επιστήμονες συναντήθηκαν το 1847 όταν ο Joule παρουσίασε μια έκθεση σχετικά με τις μετρήσεις του μηχανικού ισοδύναμου θερμότητας στη Βρετανική Ένωση Επιστημόνων.
Πριν από τον Thomson Joule δεν είχε ληφθεί σοβαρά υπόψηεπιστημονικοί κύκλοι. Ποιος ξέρει, ίσως δεν θα ήμασταν γνωστοί οι νόμοι της φυσικής που θα ανακαλύφθηκαν αν ο Γουίλιαμ Τόμας δεν είχε εξηγήσει τη σημασία τους για τα «σνομπ» της βρετανικής κοινότητας.
Μαζί, οι φυσικοί μελέτησαν τις ιδιότητες των αερίων, ανακαλύπτοντας ότιμε αδιαβατικό γκάζι, το αέριο ψύχεται. Δηλαδή, η θερμοκρασία του αερίου (ή του υγρού) μειώνεται καθώς περνά μέσα από το γκάζι (μονωμένη βαλβίδα). Το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Joule-Thomson. Τώρα αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται για τη λήψη χαμηλών θερμοκρασιών.
Οι επιστήμονες εργάστηκαν επίσης στη θερμοδυναμική κλίμακα, που πήρε το όνομά του από τον τίτλο του Λόρδου Kelvin, που ανήκε στον William Thomson.
Η ομολογία του Τζέιμς Τζουλ
Η φήμη και η αναγνώριση ξεπέρασαν ακόμα τα Αγγλικάη φυσικη. Στη δεκαετία του 50 του ΧΙΧ αιώνα, έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου και του απονεμήθηκε το Βασιλικό Μετάλλιο. Το 1866 έλαβε το μετάλλιο Copley και μετά το μετάλλιο Albert.
Ο Joule έγινε πρόεδρος της Βρετανικής Επιστημονικής Ένωσης. Του απονεμήθηκε διδακτορικός τίτλος από το Πανεπιστήμιο του Δουβλίνου, το Εδιμβούργο και την Οξφόρδη.
Υπάρχει ένα άγαλμα προς τιμήν του στο Δημαρχείο του Μάντσεστερ και ένα μνημείο στο Westminster Abbey. Στην άκρη του φεγγαριού, υπάρχει ένας κρατήρας James Joule.
Συμπέρασμα
Ο διάσημος επιστήμονας του οποίου το όνομα δίνεται στους νόμουςΦυσική και μονάδες μέτρησης, μπορεί να μην έχουν επιτύχει αναγνώριση. Χάρη στην επιμονή και τη σκληρή δουλειά του, δεν σταμάτησε πριν από πολλές αρνήσεις. Στο τέλος, απέδειξε το δικαίωμά του στη θέση του στον ήλιο, ή τουλάχιστον στον σεληνιακό κρατήρα.
