Waarschijnlijk is er niemand die de naam James Joule niet kent. De ontdekkingen van deze natuurkundige worden over de hele wereld toegepast. Welke weg is de wetenschapper ingeslagen? Welke ontdekkingen deed hij?
Het leven van een uitstekende natuurkundige
James Joule werd geboren op 24 december 1818.De biografie van de toekomstige natuurkundige begint in de Engelse stad Salford, in de familie van een succesvolle brouwerij-eigenaar. De jongen kreeg thuis les, een tijdlang leerde hij natuurkunde en scheikunde van John Dalton. Dankzij hem werd de Engelse natuurkundige verliefd op de wetenschap.
Joule was niet in goede gezondheid, veeltijd zat hij thuis, fysieke experimenten en experimenten uit te voeren. Op 15-jarige leeftijd moest hij door de ziekte van zijn vader samen met zijn broer de brouwerij runnen. Werken in de fabriek van zijn vader gaf hem niet de kans om naar de universiteit te gaan, dus wijdde James Joule zich volledig aan zijn thuislaboratorium.
Van 1838 tot 1847 studeert de natuurkundige actiefelektriciteit en maakt zijn eerste wetenschappelijke vorderingen. In het tijdschrift Annals of Electricity publiceerde hij een artikel over elektriciteit en in 1841 ontdekte hij een nieuwe natuurkundige wet die nu zijn naam draagt.
In 1847 besluit Joule de eerste enenige huwelijk met Amelia Grimes. Binnenkort hebben ze Alice Amelia en Benjamin Arthur. In 1854 worden zijn vrouw en zoon vermoord. Joule zelf overlijdt in 1889 in Engeland, in de stad Sale.
Zijn hele leven heeft hij ongeveer 97 werken over gepubliceerdnatuurkunde, waarvan sommige samen met andere wetenschappers geschreven zijn: Lyon, Thomson, enz. Voor uitmuntende wetenschappelijke prestaties en open natuurwetten ontving hij verschillende medailles en ontving hij van de Britse regering een levenspensioen van ongeveer 200 pond.
Eerste werken en experimenten
Stoommachines kijken in een brouwerijvader, James Joule besloot ze te vervangen door elektrische exemplaren voor efficiëntie. In 1838 publiceerde hij een artikel in een wetenschappelijk tijdschrift waarin hij de structuur beschreef van een door hem uitgevonden elektromagnetische motor. In 1840 verschenen nieuwe elektromotoren in de brouwerij en de natuurkundige bleef elektrische stroom en het vrijkomen van warmte bestuderen. Later bleek dat stoommachines veel efficiënter waren.
Tijdens zijn experimenten maakt Joule thermometers,die in staat zijn om temperatuur te meten met een nauwkeurigheid van 1/200 graden. Hierdoor kan hij dieper ingaan op de studie van het thermische effect van stroom. In 1840 ontdekt de natuurkundige door verdere waarnemingen het effect van magnetische verzadiging. In hetzelfde jaar stuurde hij naar de Royal Society of Science het werk "Over de vorming van warmte door middel van elektrische stroom." Het artikel werd niet gewaardeerd. Alleen het literaire en filosofische tijdschrift uit Manchester stemde ermee in het te publiceren.
Wet van Joule-Lenz
Artikel niet erkend door de London Scientific Societylater bleek een van de belangrijkste prestaties van de wetenschapper te zijn. In het artikel vertelde James Joule over de relatie tussen stroomsterkte en de hoeveelheid afgegeven warmte. Hij voerde aan dat de hoeveelheid warmte die vrijkomt in een geleider recht evenredig is met de weerstand van de geleider, het kwadraat van de sterkte en de doorgangstijd van de stroom.
Op dat moment werd een soortgelijke theorie ontwikkeld door EmiliusLenz. Het feit dat de geleidbaarheid van een metalen geleider afhankelijk is van de temperatuur, werd in 1832 ontdekt door een Russische natuurkundige. Om de temperatuur in de geleider nauwkeurig te bepalen, vond de wetenschapper een speciaal vat uit waarin alcohol werd gegoten. De draad waardoor de stroom werd geleid, werd in het vat neergelaten. Verder werd gecontroleerd hoe lang de alcohol opwarmt. Joule James Prescott gebruikte een vergelijkbare methode, waarbij alleen water als vloeistof werd gebruikt.
De resultaten van jarenlang onderzoek Lenzpas in 1843 gepubliceerd, maar in zijn geschriften was er een nauwkeurigere wetenschappelijke rechtvaardiging dan die van Joule, wiens werk aanvankelijk niet eens gepubliceerd wilde worden. Gezien het primaat van Joule en de nauwkeurige berekeningen van Emilia Lenz, werd besloten de wet naar beide te noemen. In de loop van de tijd heeft de wet van Joule-Lenz de basis gelegd voor de thermodynamica.
Magnetostrictie
Parallel aan de eigenschappen van elektrische stroomJames Joule bestudeert magnetische verschijnselen. In 1842 merkt hij dat ijzer onder invloed van magnetische golven in grootte verandert. Als de metalen staven in een magnetisch veld worden geplaatst, wordt hun lengte iets langer.
De wetenschappelijke gemeenschap twijfelde aan het bestaanhier elke ontdekking. De verandering in de grootte van de staafjes was zo verwaarloosbaar dat het menselijk oog het niet kon vangen. Maar de natuurkundige ontwikkelde een speciale techniek, met behulp waarvan hij visueel bewijs kreeg.
Later bleek dat dit effect bezeten isandere metalen, en het fenomeen zelf werd magnetostrictie genoemd. Nu zijn er veel toepassingen gevonden voor de ontdekking van Joule. Magnetostrictieve metalen dienen bijvoorbeeld als golfgeleidermateriaal voor het meten van het waterpeil in tanks. Dit fenomeen wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van tags in antidiefstalsystemen.
Gas experimenten
In de jaren 40 studeert James Joule actiefeigenschappen van een gas, namelijk de verschijnselen die verband houden met zijn uitzetting en samentrekking. Hij voerde een experiment uit met de expansie van een verdund gas, terwijl hij bewees dat de interne energie ervan niet afhankelijk is van het volume. Alleen de gastemperatuur is belangrijk.
In 1848 Joule voor het eerst in de geschiedenis van de natuurkundegemeten de snelheid van gasmoleculen. Deze ervaring werd een vroeg werk over de kinetische theorie van gassen, wat een aanzet gaf tot verder onderzoek op dit gebied. Joule's werk werd later voortgezet door de Schot James Maxwell.
Voor een belangrijke wetenschappelijke bijdrage ter ere van de Engelse natuurkundige, werd de eenheid voor het meten van werk, de hoeveelheid warmte en energie genoemd - Joule.
Joule en Thomson
Grote invloed op de activiteiten van Joule en zijnerkenning in de wetenschappelijke wereld werd verleend door William Thomson. Wetenschappers ontmoetten elkaar in 1847 toen Joule een rapport over metingen van het mechanische equivalent van warmte presenteerde aan de British Association of Scientists.
Voordat Thomson Joule niet serieus werd genomenwetenschappelijke kringen. Wie weet, misschien zouden we de door hem ontdekte natuurkundige wetten niet hebben geleerd als William Thomas hun belang niet had uitgelegd aan de "snobs" van de Britse gemeenschap.
Samen hebben natuurkundigen de eigenschappen van gassen bestudeerd en dat ontdektmet adiabatische smoring wordt het gas gekoeld. Dat wil zeggen, de temperatuur van het gas (of de vloeistof) neemt af als het door de smoorklep (geïsoleerde klep) gaat. Het fenomeen wordt het Joule-Thomson-effect genoemd. Nu wordt dit fenomeen gebruikt om lage temperaturen te verkrijgen.
Wetenschappers werkten ook op de thermodynamische schaal, genoemd naar de titel van Lord Kelvin, die toebehoorde aan William Thomson.
James Joule's bekentenis
Roem en erkenning namen het Engels nog steeds voorbijfysica. In de jaren 50 van de 19e eeuw wordt hij lid van de Royal Society of London en ontvangt hij de Royal Medal. In 1866 ontving hij de Copley-medaille en vervolgens de Albert-medaille.
Joule werd verschillende keren president van de British Science Association. Hij behaalde een doctoraat in de rechten aan Dublin College, Edinburgh en Oxford Universities.
Er is een standbeeld ter ere van hem in het stadhuis in Manchester en een gedenkteken in Westminster Abbey. Er is een James Joule-krater aan de andere kant van de maan.
conclusie
De beroemde wetenschapper wiens naam aan de wetten is gegevennatuurkunde en meeteenheden, hebben misschien geen erkenning gekregen. Dankzij zijn doorzettingsvermogen en harde werk stopte hij niet voor talloze weigeringen. Uiteindelijk bewees hij zijn recht op zijn plek in de zon, of in ieder geval op de maankrater.
