ג'יימס ג'ול: ביוגרפיה, תגליות מדעיות

כנראה, אין אדם שלא מכיר את השם ג'יימס ג'ול. תגליותיו של הפיזיקאי הזה מיושמות בכל רחבי העולם. באיזו דרך עבר המדען? אילו תגליות הוא גילה?

חייו של פיזיקאי מצטיין

ג'יימס ג'ול נולד ב- 24 בדצמבר 1818.הביוגרפיה של הפיזיקאי העתידי מתחילה בעיירה סלפורד האנגלית, במשפחתו של בעל מבשלת בירה מצליחה. הילד לימד בבית, במשך זמן מה לימד אותו פיסיקה וכימיה על ידי ג'ון דלטון. בזכותו הפיזיקאי האנגלי התאהב במדע.

ג'ול לא היה במצב בריאותי טובבזמן שישב בבית, ערך ניסויים וניסויים פיזיים. כבר בגיל 15, בגלל מחלת אביו, הוא נאלץ לנהל מבשלת בירה עם אחיו. העבודה במפעל של אביו לא נתנה לו את האפשרות ללמוד באוניברסיטה, ולכן ג'יימס ג'ול התמסר כולו למעבדה הביתית שלו.

משנת 1838 עד 1847 הפיזיקאי לומד באופן פעילחשמל ועושה את ההתקדמות המדעית הראשונה שלו. בכתב העת Annals of Electricity הוא מפרסם מאמר על חשמל ובשנת 1841 הוא מגלה חוק פיזיקלי חדש הנושא כעת את שמו.

בשנת 1847 ג'ול מסיים את הראשון ואתרק נישואים לאמיליה גרימס. עד מהרה נולדות להם אליס אמיליה ובנג'מין ארתור. בשנת 1854 נהרגים אשתו ובנו. ג'ול עצמו נפטר בשנת 1889 באנגליה, בעיר סייל.

במהלך חייו פרסם כ 97 עבודות בנושאפיזיקה, חלקם נכתבו בשיתוף עם מדענים אחרים: ליון, תומסון וכו 'על הישגים מדעיים יוצאי דופן וחוקי פיסיקה פתוחים, הוא הוענק מספר מדליות וקיבל קצבת חיים מממשלת בריטניה בסך 200 פאונד.

עבודות וניסויים ראשונים

צופה במנועי קיטור במבשלת בירהאביו, ג'יימס ג'ול החליט להחליף אותם בחשמליים לצורך יעילותם. בשנת 1838 פרסם מאמר בכתב עת מדעי בו תיאר את מבנה המנוע האלקטרומגנטי שהומצא על ידו. בשנת 1840 הופיעו מנועי חשמל חדשים במבשלה, והפיזיקאי המשיך לחקור את הזרם החשמלי ושחרור החום. מאוחר יותר התברר שמנועי קיטור היו הרבה יותר יעילים.

באמצעות הניסויים שלו ג'ול יוצר מדחומיםהמסוגלים למדוד טמפרטורה בדיוק של 1/200 מעלות. זה מאפשר לו להעמיק בחקר ההשפעה התרמית של הזרם. בשנת 1840, הודות לתצפיות נוספות, הפיזיקאי מגלה את השפעת הרוויה המגנטית. באותה שנה הוא שלח לחברה המלכותית למדע את העבודה "על יצירת חום באמצעות זרם חשמלי." המאמר לא זכה להערכה. רק כתב העת הספרותי והפילוסופי של מנצ'סטר הסכים לפרסם אותו.

חוק ג'ול-לנץ

המאמר לא מוכר על ידי החברה המדעית בלונדוןמאוחר יותר התברר כאחד ההישגים העיקריים של המדען. במאמר דיבר ג'יימס ג'ול על הקשר בין אמפר לבין כמות החום המשתחררת. הוא טען שכמות החום שמשתחרר במוליך עומדת ביחס ישר להתנגדות המוליך, לריבוע הכוח ולזמן המעבר של הזרם.

בתקופה זו פותחה תיאוריה דומה על ידי אמיליוסלנץ. העובדה שמוליכות של מוליך מתכת תלויה בטמפרטורה התגלתה על ידי פיזיקאי רוסי עוד בשנת 1832. כדי לקבוע במדויק את הטמפרטורה במוליך, המציא המדען כלי מיוחד אליו נשפך אלכוהול. החוט שדרכו עבר הזרם הונמך לכלי. יתר על כן, נבדק כמה זמן האלכוהול יתחמם. ג'ול ג'יימס פרסקוט השתמש בשיטה דומה, והשתמש רק במים כנוזל.

תוצאות של שנים רבות של מחקר Lenzפורסם רק בשנת 1843, אך בכתביו הייתה הצדקה מדעית מדויקת יותר מזו של ג'ול, שעבודתו בהתחלה אפילו לא רצתה להתפרסם. בהתחשב בראשוניותו של ג'ול והחישובים המדויקים של אמיליה לנץ, הוחלט למנות את החוק לכבוד שניהם. עם הזמן חוק ג'ול-לנץ הניח את היסוד לתרמודינמיקה.

מגנטסטרקציה

במקביל לתכונות הזרם החשמליג'יימס ג'ול חוקר תופעות מגנטיות. בשנת 1842 הוא שם לב שברזל משתנה בגודלו בהשפעת גלים מגנטיים. אם מוטות המתכת מונחים בשדה מגנטי, אורכם יהיה מעט ארוך יותר.

הקהילה המדעית הטילה ספק בקיומוכאן כל גילוי. השינוי בגודל המוטות היה כל כך זניח, עד שהעין האנושית לא תפסה אותו. אך הפיזיקאי פיתח טכניקה מיוחדת באמצעותה השיג ראיות חזותיות.

מאוחר יותר התברר כי אפקט זה הוא שלמתכות אחרות, והתופעה עצמה נקראה מגנטוסטריכציה. כיום, נמצאו יישומים רבים לגילוי ג'ול. לדוגמא, מתכות מגנטוסטריטיביות משמשות כחומר מוליך גל למדידת מפלס המים במיכלים. תופעה זו משמשת גם לייצור תגים במערכות נגד גניבה.

ניסויים בגז

בשנות ה -40 ג'יימס ג'ול לומד באופן פעילתכונות של גז, כלומר התופעות הקשורות להתרחבותו והתכווצותו. הוא ביצע ניסוי בהרחבת גז נדיר, והוכיח שהאנרגיה הפנימית שלו אינה תלויה בנפח. רק טמפרטורת הגז חשובה.

בשנת 1848 ג'ול לראשונה בתולדות הפיזיקהמדדו את המהירות של מולקולות הגז. חוויה זו הפכה לעבודה מוקדמת על התיאוריה הקינטית של גזים, והעניקה תנופה למחקר נוסף בתחום זה. מאוחר יותר המשיכה עבודתו של ג'ול על ידי הסקוטי ג'יימס מקסוול.

עבור תרומה מדעית משמעותית לכבוד הפיזיקאי האנגלי, היחידה למדידת עבודה, נקרא כמות החום והאנרגיה ג'ול.

ג'ול ותומסון

השפעה עצומה על פעילותם של ג'ול ושלוהכרה בעולם המדעי ניתנה על ידי ויליאם תומסון. מדענים נפגשו בשנת 1847 כאשר ג'ול הציג בפני איגוד המדענים הבריטי דו"ח על מדידות המקבילה המכנית של חום.

לפני שתומסון ג'ול לא נלקח ברצינותחוגים מדעיים. מי יודע, אולי לא היינו מכירים את חוקי הפיזיקה שהתגלו על ידו אם ויליאם תומאס לא היה מסביר את חשיבותם ל"סנובים "של הקהילה הבריטית.

יחד, פיזיקאים בחנו את תכונות הגזים וגילו זאתעם חנק אדיאבטי, הגז מקורר. כלומר, הטמפרטורה של הגז (או הנוזל) פוחתת כאשר הוא עובר דרך המצערת (שסתום מבודד). התופעה נקראת אפקט ג'ול-תומסון. כעת משתמשים בתופעה זו להשגת טמפרטורות נמוכות.

מדענים עבדו גם בקנה מידה תרמודינמי, על שם התואר לורד קלווין, שהיה שייך לוויליאם תומסון.

הווידוי של ג'יימס ג'ול

תהילה והכרה עדיין עקפו את האנגליתפיזיקה. בשנות ה -50 של המאה ה- XIX הוא הפך לחבר באגודה המלכותית בלונדון וזכה במדליה המלכותית. בשנת 1866 הוא קיבל את מדליית קופלי ולאחר מכן את מדליית אלברט.

ג'ול הפך לנשיא איגוד המדע הבריטי מספר פעמים. הוא הוענק לתואר דוקטור למשפטים מאוניברסיטאות דבלין, אדינבורו ואוניברסיטת אוקספורד.

יש לכבודו פסל בבית העירייה במנצ'סטר ואנדרטה במנזר ווסטמינסטר. בצד הרחוק של הירח יש מכתש ג'יימס ג'ול.

מסקנה

המדען המפורסם ששמו ניתן לחוקיםפיזיקה ויחידות מדידה, אולי לא השיגו הכרה. בזכות ההתמדה והעבודה שלו הוא לא הפסיק לפני סירובים רבים. בסופו של דבר הוא הוכיח את זכותו למקומו בשמש, או לפחות במכתש הירח.