Luultavasti ei ole ketään, joka ei tiedä nimeä James Joule. Tämän fyysikon löytöjä käytetään kaikkialla maailmassa. Mitä tietä tutkija kulki? Mitä löydöksiä hän teki?
Erinomaisen fyysikon elämä
James Joule syntyi 24. joulukuuta 1818.Tulevan fyysikon elämäkerta alkaa Englannin Salfordin kaupungista menestyvän panimon omistajan perheessä. Pojalle opetettiin kotona, jonkin aikaa hänelle opetti fysiikkaa ja kemiaa John Dalton. Hänen ansiostaan englantilainen fyysikko rakastui tieteeseen.
Joule ei ollut paljon terveydentilassakerran hän istui kotona suorittaen fyysisiä kokeita ja kokeita. Jo 15-vuotiaana isänsä sairauden takia hänen täytyi johtaa veljensä kanssa panimoa. Työskentely isänsä tehtaalla ei antanut hänelle mahdollisuutta mennä yliopistoon, joten James Joule omistautui kokonaan kotilaboratorioonsa.
Vuosina 1838-1847 fyysikko opiskelee aktiivisestisähköä ja saavuttaa ensimmäiset tieteelliset edistyksensä. Annals of Electricity -lehdessä hän julkaisee artikkelin sähköstä, ja vuonna 1841 hän löytää uuden fyysisen lain, jolla on nyt hänen nimensä.
Vuonna 1847 Joule päättää ensimmäisen javain avioliitto Amelia Grimesin kanssa. Pian heille syntyvät Alice Amelia ja Benjamin Arthur. Vuonna 1854 hänen vaimonsa ja poikansa tapetaan. Joule itse kuoli vuonna 1889 Englannissa Salen kaupungissa.
Koko elämänsä ajan hän on julkaissut noin 97 teostafysiikka, joista osa on kirjoitettu yhdessä muiden tutkijoiden kanssa: Lyon, Thomson jne. Erinomaisista tieteellisistä saavutuksista ja avoimista fysiikan laeista hänelle myönnettiin useita mitaleja ja hän sai Ison-Britannian hallitukselta noin 200 puntaa eläkkeen.
Ensimmäiset työt ja kokeilut
Höyrykoneiden katselu panimossaisä, James Joule päätti korvata ne sähköisillä tehokkuuden vuoksi. Vuonna 1838 hän julkaisi artikkelin tieteellisessä lehdessä, jossa hän kuvasi hänen keksimänsä sähkömagneettisen moottorin rakennetta. Vuonna 1840 panimoon ilmestyi uusia sähkömoottoreita, ja fyysikko jatkoi sähkövirran ja lämmön vapautumisen tutkimista. Myöhemmin kävi ilmi, että höyrykoneet olivat paljon tehokkaampia.
Kokeidensa avulla Joule luo lämpömittareitajotka pystyvät mittaamaan lämpötilaa 1/200 asteen tarkkuudella. Tämä antaa hänelle mahdollisuuden kaivaa syvemmälle virran lämpövaikutusten tutkimiseen. Vuonna 1840 uusien havaintojen ansiosta fyysikko huomaa magneettisen kylläisyyden vaikutuksen. Samana vuonna hän lähetti Royal Society of Science -lehdelle teoksen "Lämmön muodostumisesta sähkövirran avulla". Artikkelia ei arvostettu. Ainoastaan Manchesterin kirjallinen ja filosofinen lehti suostui julkaisemaan sen.
Joule-Lenzin laki
Artikkeli ei ole tunnustettu Lontoon tiedeyhteisössäMyöhemmin osoittautui yhdeksi tutkijan tärkeimmistä saavutuksista. Artikkelissa James Joule puhui virran ja vapautuneen lämmön määrän välisestä suhteesta. Hän väitti, että johtimessa vapautuva lämmön määrä on suoraan verrannollinen johtimen vastukseen, virran voimakkuuden ja kulkemisen neliöön.
Tuolloin Emilius kehitti samanlaisen teorianLenz. Sen, että metallijohtimen johtavuus riippuu lämpötilasta, löysi venäläinen fyysikko jo vuonna 1832. Johtajan lämpötilan määrittämiseksi tiedemies keksi erityisen astian, johon kaadettiin alkoholia. Lanka, jonka läpi virta johdettiin, laskettiin alukseen. Seuraavaksi seurattiin, kuinka kauan alkoholi lämpenee. Joule James Prescott käytti samanlaista menetelmää, vain nesteenä vettä.
Useiden vuosien tutkimuksen tulokset Lenzjulkaistiin vasta vuonna 1843, mutta hänen kirjoituksissaan oli tarkempia tieteellisiä perusteluja kuin Joule, jonka työ ei aluksi halunnut edes julkaista. Kun otetaan huomioon Joulen ensisijaisuus ja Emilia Lenzin tarkat laskelmat, laki päätettiin nimetä molempien kunniaksi. Ajan myötä Joule-Lenzin laki loi perustan termodynamiikalle.
Magnetostriktio
Sähkövirran ominaisuuksien rinnallaJames Joule tutkii magneettisia ilmiöitä. Vuonna 1842 hän huomaa, että raudan koko muuttuu magneettisten aaltojen vaikutuksesta. Jos metallitangot sijoitetaan magneettikenttään, niiden pituus on hieman pidempi.
Tiedeyhteisö epäili olemassaoloatäällä löytö. Vapaiden koon muutos oli niin vähäpätöinen, ettei ihmissilmä huomannut sitä. Mutta fyysikko kehitti erityisen tekniikan, jolla hän hankki visuaalisia todisteita.
Myöhemmin kävi ilmi, että tämä vaikutus on myösmuita metalleja, ja itse ilmiötä kutsuttiin magnetostriktioksi. Nykyään Joulen löytämiseen on löydetty monia sovelluksia. Esimerkiksi magnetostriktiivisiä metalleja käytetään aaltojohtimateriaalina säiliöiden vesitason mittaamiseen. Tätä ilmiötä käytetään myös tunnisteiden valmistamiseen varkaudenestojärjestelmissä.
Kaasukokeet
40-luvulla James Joule opiskelee aktiivisestikaasun ominaisuudet, nimittäin sen laajenemiseen ja supistumiseen liittyvät ilmiöt. Hän teki kokeen harvinaisen kaasun laajenemisesta osoittaen, että sen sisäinen energia ei riipu tilavuudesta. Vain kaasun lämpötila on tärkeä.
Vuonna 1848 Joule ensimmäistä kertaa fysiikan historiassamitasi kaasumolekyylien nopeuden. Tästä kokemuksesta tuli varhainen työ kaasujen kineettisestä teoriasta, mikä antoi sysäyksen jatkotutkimuksille tällä alalla. Joulen työtä jatkoi myöhemmin skotti James Maxwell.
Merkittävästä tieteellisestä panoksesta englantilaisen fyysikon kunniaksi nimettiin Joule-yksikkö työn, lämmön ja energian määrän mittaamiseksi.
Joule ja Thomson
Valtava vaikutus Joulen ja hänen toimintaansaWilliam Thomson teki tunnustuksen tiedemaailmassa. Tutkijat tapasivat vuonna 1847, kun Joule esitti raportin lämmön mekaanisen ekvivalentin mittauksista Britannian tutkijoiden järjestölle.
Ennen Thomsonia Joule ei otettu vakavasti vuonnatieteelliset piirit. Kuka tietää, ehkä emme olisi oppineet hänen löytämiä fysiikan lakeja, ellei William Thomas olisi selittänyt niiden merkitystä brittiläisen yhteisön "snoobeille".
Yhdessä fyysikot tutkivat kaasujen ominaisuuksia ja löysivät senadiabaattisella kuristuksella kaasu jäähdytetään. Toisin sanoen kaasun (tai nesteen) lämpötila laskee, kun se kulkee kuristimen (eristetyn venttiilin) läpi. Ilmiötä kutsutaan Joule-Thomsonin vaikutukseksi. Tätä ilmiötä käytetään nyt matalien lämpötilojen aikaansaamiseen.
Tutkijat työskentelivät myös termodynaamisella mittakaavalla, joka nimettiin William Thomsonille kuuluneen Lord Kelvinin arvonimen mukaan.
James Joule tunnustus
Maine ja tunnustus ohittivat edelleen englanninfysiikka. XIX-luvun 50-luvulla hänestä tuli Lontoon kuninkaallisen seuran jäsen ja hänelle myönnettiin kuninkaallinen mitali. Vuonna 1866 hän sai Copley-mitalin ja sitten Albert-mitalin.
Joulesta tuli useita kertoja British Science Associationin presidentti. Hänelle myönnettiin oikeustieteen tohtorin tutkinnot Dublin Collegen, Edinburghin ja Oxfordin yliopistoista.
Hänen kunniakseen on patsas Manchesterin kaupungintalolla ja muistomerkki Westminsterin luostarissa. Kuun toisella puolella on James Joule-kraatteri.
johtopäätös
Kuuluisa tiedemies, jonka nimi annetaan laeillefysiikka ja mittayksiköt, eivät ehkä ole saavuttaneet tunnustusta. Sinnikkyytensä ja työnsä ansiosta hän ei pysähtynyt ennen lukuisia kieltäytymisiä. Loppujen lopuksi hän osoitti oikeutensa paikkaansa auringossa tai ainakin kuun kraatterissa.
