James Prescott Joule(Eng. James Prescott Joule; 24. december 1818, Salford, Lancashire, Anglicko, Spojené kráľovstvo - 11. október 1889, Sale, Cheshire, Anglicko, Spojené kráľovstvo) - anglický fyzik, ktorý výrazne prispel k rozvoju termodynamiky. Na pokusoch podložil zákon zachovania energie. Zavedený zákon, ktorý určuje tepelný účinok elektrického prúdu. Vypočítal rýchlosť pohybu molekúl plynu a stanovil jej závislosť od teploty.

Experimentálne a teoreticky študoval povahu tepla a objavil jeho súvislosť s mechanickou prácou, v dôsledku čoho takmer súčasne s Mayerom dospel ku koncepcii univerzálneho zachovania energie, ktorá zase poskytla formuláciu prvého zákona termodynamika. S Thomsonom pracoval na absolútnej teplotnej škále, opísal jav magnetostrikcie, objavil súvislosť medzi prúdom pretekajúcim vodičom s určitým odporom a množstvom súčasne uvoľneného tepla (Joule-Lenzov zákon). Významne prispel k technológiám fyzikálny experiment, zlepšila dizajn mnohých meracích prístrojov.

Jednotka merania energie, joule, je pomenovaná po Joule.

Životopis

Narodil sa v rodine bohatého majiteľa pivovaru v Salforde pri Manchestri, dostal domáce vzdelávanie, navyše niekoľko rokov jeho učiteľom elementárnej matematiky, začiatkov chémie a fyziky bol Dalton. Od roku 1833 (od 15 rokov) pracoval v pivovare a súbežne so vzdelávaním (do 16 rokov) a vedou sa do roku 1854 podieľal na riadení podniku až do jeho predaja.

najprv experimentálne štúdie začala už v roku 1837, zaujímala sa o možnosť výmeny parných strojov v pivovare za elektrické. V roku 1838, na odporúčanie jedného zo svojich učiteľov, John Davies, ktorého blízkym priateľom bol vynálezca elektrického motora Sturgeon, publikoval prvú prácu o elektrine vo vedeckom časopise Annals of Electricity, ktorý rok predtým zorganizoval Sturgeon. bola venovaná zariadeniu elektromagnetického motora . V roku 1840 objavil vplyv magnetickej saturácie pri magnetizácii feromagnetík a v rokoch 1840-1845 experimentálne študoval elektromagnetické javy.

Hľadanie lepšie spôsoby merania elektrické prúdy James Joule v roku 1841 objavil po ňom pomenovaný zákon, ktorý vytvoril kvadratický vzťah medzi silou prúdu a množstvom tepla uvoľneného týmto prúdom vo vodiči (v ruskej literatúre sa objavuje ako zákon Joule-Lenz, pretože v roku 1842 tento zákon bol objavený nezávisle ruský fyzik Lenz). Kráľovská spoločnosť v Londýne tento objav neocenila a práca bola publikovaná iba v periodickom časopise Manchesterskej literárnej a filozofickej spoločnosti.

Sturgeon sa presťahoval do Manchestru v roku 1840 a viedol Galériu. praktické poznatky Kráľovská galéria Victoria pre Povzbudenie praktickej vedy) je komerčná výstavná a vzdelávacia inštitúcia, kam bol v roku 1841 pozvaný Joule ako prvý lektor.

V prácach zo začiatku 40. rokov 19. storočia skúmal otázku ekonomickej uskutočniteľnosti elektromagnetických motorov, najprv veril, že elektromagnety môžu byť zdrojom neobmedzeného množstva mechanickej práce, ale čoskoro sa presvedčil, že z praktického hľadiska parný motor boli v tom čase výkonnejšie a v roku 1841 zverejnili zistenia, že účinnosť „ideálneho“ elektromagnetického motora na libru zinku (používaného v akumulátoroch) bola iba 20 % účinnosti parného stroja na libru spáleného uhlia, bez toho, aby sa skrývalo sklamanie.

V roku 1842 objavuje a popisuje fenomén magnetostrikcie, ktorý spočíva v zmene veľkosti a objemu telesa so zmenou jeho stavu magnetizácie. V roku 1843 formuluje a publikuje konečné výsledky práce o štúdiu uvoľňovania tepla vo vodičoch, najmä experimentálne ukazuje, že uvoľnené teplo nie je v žiadnom prípade odoberané z prostredia, čo nenávratne vyvrátilo teóriu o kalorickom z ktorých vtedy ešte zostalo. V tom istom roku som sa začal zaujímať bežný problém kvantitatívny pomer medzi rôzne sily, čo vedie k uvoľňovaniu tepla, a keď dospel k záveru o existencii určitého vzťahu medzi prácou a množstvom tepla predpovedaným Mayerom (1842), hľadá číselný pomer medzi týmito hodnotami je mechanický ekvivalent tepla. V rokoch 1843-1850 vykonáva sériu experimentov, pričom neustále zdokonaľuje experimentálnu techniku ​​a zakaždým potvrdzuje princíp zachovania energie s kvantitatívnymi výsledkami.

James Prescott Joule je vynikajúci anglický fyzik. Dôkladne študoval povahu tepelnej energie a objavil jej spojenie s elektrickým prúdom prechádzajúcim vodičom. Objavil mnoho zákonov, najmä prvý zákon termodynamiky. Na počesť vedca sa jednotka na meranie množstva vytvoreného tepla nazýva Joule. Veľký vedec tiež neoceniteľne prispel k praktické využitie elektriny. Vykonával práce na modernizácii a zlepšovaní charakteristík elektromotorov a magnetov.

James Prescott Joule sa narodil 24. decembra 1818 v rodine bohatého majiteľa pivovaru. Vďaka dobru finančná situácia Jamesova rodina do veku 15 rokov bola vzdelávaná doma v rodné mesto Salford. Uľahčili to aj zdravotné problémy budúceho vedca. Po takej škole, kde mimochodom dostal dosť dobré znalosti v matematike, fyzike a chémii, prirodzene chcel James pokračovať vo vzdelávaní. Pre chorobu svojho otca bol však istý čas nútený riadiť rodinný pivovar so starším bratom.

James doma zorganizoval fyzikálne laboratórium a začal robiť experimenty. Vedec pri výskume fungovania prvých elektromotorov zistil, že výkon elektrických strojov je úmerný súčinu prúdu a napätia.

Od roku 1847, sedem rokov, vedec vykonával experimenty na štúdium tepelné pôsobenie elektrický prúd prechádzajúci vodičom. Výsledkom jeho práce bolo proporcionálna závislosť množstvo tepla vytvoreného vo vodiči, odpor samotného materiálu a druhá mocnina prúdu, ktorý ním preteká.

James Prescott Joule, spolupracujúci s Williamom Thomsonom, sa v podstate stal predchodcom všetkých chladničiek a chladiacich jednotiek. Dokázal, že expanzia plynu bez vykonania práce vedie k výraznému zníženiu jeho teploty. Tento efekt bol pomenovaný po oboch vedcoch – Joule-Thomsonov efekt.

V roku 1850 bol vedec zvolený za riadneho člena Britskej kráľovskej spoločnosti. A v roku 1961 už jeho súčasníci pomenovali jednotku práce a energie v mene vedca. medzinárodný systém SI. Toto je len malá časť príspevku vedca, ktorý priamo súvisí so štúdiom a vývojom elektriny. Jeho účasť na formovaní celej vedy, vrátane modernej vedy, je jednoducho neoceniteľná.

James Joule - Pekný známa osoba. Odvtedy toto meno všetci poznáme školské hodiny fyzika. Potom sa však nikto neponáral do jeho biografie a úspechov, a predsa jeho životná cesta veľmi zaujímavé. V článku zvážime podrobný životopis vedec, a tiež hovoriť o tom, čo dosiahol.

Detstvo

James Joule, ktorého životopis uvažujeme, sa narodil v roku 1818, 24. decembra. Chlapec sa narodil v bohatej rodine majiteľa pivovaru v Salforde. James sa vzdelával doma. Jeho prvým učiteľom základov fyziky, chémie a elementárnej matematiky bol Dalton. Od 15 rokov chlapec pracoval v továrni svojho otca a vzal priame zapojenie v ich riadení. Túto činnosť počas roka spájal s tréningom.

Prvé štúdie

Kedy sa James Joule začal zaujímať o vedu? Stručná biografia chlapíka hovorí, že svoj prvý výskum začal vykonávať v roku 1837. Potom ho veľmi zaujala problematika výmeny parných strojov za elektrické v otcovom pivovare. O rok neskôr mladý muž publikoval svoju prvú prácu o elektrine v jednom z nich vedeckých časopisoch. Poradil mu to jeho učiteľ John Davis, ktorý bol mimochodom blízkym priateľom Sturgeona, ktorý vynašiel elektromotor. Časopis, v ktorom vyšiel James Joule, vlastnil aj Sturgeon. V roku 1840 si mladý výskumník všimol vplyv magnetickej saturácie pri magnetizácii feromagnetík. Od tohto momentu až do roku 1845 aktívne experimentálne študoval elektromagnetické javy.

Jouleov zákon

Čo urobí Joel James Prescott ďalej? Stručný životopis muža pokračuje tým, že v roku 1841 objavuje zákon kvadratického vzťahu medzi silou prúdu a teplom, ktoré sa uvoľňuje. Neskôr zákon dostal svoje meno, no poznáme ho ako Joule-Lenzov zákon, pretože ho v roku 1842 objavil fyzik Nemecký pôvod z Ruska od Emila Lenza. Objav vedca nebol ocenený v jeho skutočnej hodnote. Kráľovská spoločnosť v Londýne ho ignorovala a samotné dielo vyšlo v skromnom periodiku.

Pracujte ako lektor

Pre koho však James Joule pracoval? Zaujímavosti o tomto mužovi je vzácny, no vie sa, že bol lektorom. Nám už známy Sturgeon sa presťahoval do Manchestru a otvoril tam Galériu praktických vedomostí, kde pozval Joule, aby zaujala miesto lektora. Niektorých študentov prekvapivo učil sám James Joule!

Vo svojom vtedajšom výskume venoval vedec veľa času problematike ekonomických výhod elektromagnetických motorov. Najprv veril, že elektromagnety majú veľký potenciál, no čoskoro sa osobne presvedčil, že parné stroje sú oveľa efektívnejšie. Joule zverejnil výsledky tejto štúdie, pričom neskrýval svoje sklamanie.

K objavom vedca došlo veľmi rýchlo. Už v roku 1842 popisuje magnetostrikciu, ktorá spočíva v tom, že telesá menia svoje veľkosti a objemy, keď rôznej miere magnetizácia. O rok neskôr dokončuje výskum tvorby tepla vo vodičoch a publikuje svoje výsledky. Spočívali v tom, že vzniknuté teplo sa neodoberá zvonku. To úplne vyvrátilo kalorickú teóriu, ktorej prívrženci v tom čase ešte existovali.

V období od roku 1843 do roku 1850 sa človek zaoberá sériou štúdií, zdokonaľuje svoju techniku ​​a mnohými experimentmi potvrdzuje správnosť princípu zachovania energie.

rodina

V roku 1844 Joulovci menia svoje bydlisko. Na novom mieste sa muž stretáva so svojou budúcou manželkou Ameliou Grimes. V roku 1847 sa pár zosobášil a narodila sa im dcéra a syn. Zároveň si v dome Joule vybaví vhodné laboratórium na experimenty. Jeho šťastie však netrvalo dlho, pretože v roku 1854 zomrela jeho milovaná manželka.

Všeobecný popis štúdií

Do konca 40. rokov 19. storočia bola práca hrdinu nášho článku všeobecne uznávaná. V roku 1847 sa vedec stretáva s Thomsonom, ktorý vysoko oceňuje Jouleovu experimentálnu techniku. Potom vedci začnú spolupracovať. Thomsonove predstavy o molekulárnej kinetickej teórii vznikli do značnej miery pod vplyvom Jamesových myšlienok. Vedci spoločne vytvárajú termodynamickú teplotnú stupnicu.

Zdá sa, že James Joule a jeho objavy nestarnú, pretože už o rok neskôr navrhuje použiť model plynu na analýzu výskytu tepelných efektov so zvyšujúcim sa tlakom. Model Jouleovho plynu pozostával z elastických guľôčok mikroskopickej veľkosti, ktoré vytvárali tlak, keď sa dotýkali stien nádoby. Výskum vedca bol publikovaný vo Philosophical Transactions of the Royal Society na radu Nemecký fyzik Clausius. Táto práca poskytla obrovský vplyv o vzniku a vývoji termodynamiky, napriek tomu, že neskôr sa v Jouleho výskume našlo veľa chýb. Okrem toho sú experimenty podobné tým, ktoré uskutočnil van der Waals v 70. rokoch 19. storočia na simuláciu skutočného plynu.

V roku 1850 sa muž stáva členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne. V štúdiách uskutočnených v roku 1851, ktoré sa týkajú tvorby teoretický model teplo ako pohyb malých elastických častíc, vedec veľmi presne vypočítal tepelnú kapacitu pre niektoré plyny. O rok neskôr spolu so svojím starým priateľom Thomsonom opisuje fenomén zmeny teploty plynu pri adiabatickom škrtení. Neskôr sa tento efekt nazval Joule-Thomson. Navyše tento objav prispel k vzniku nového odvetvia prírodných vied – fyziky nízkych teplôt.

V 50. rokoch 19. storočia bádateľ publikoval celý rad článkov o elektrické merania. Napriek možnosti použitia moderných dizajnov bol James Joule presvedčený, že len experimentom možno získať najpresnejšie výsledky.

V roku 1859 sa vedec zaoberá výskumom termodynamické vlastnosti pevné látky. Detekuje neštandardné vlastnosti gumy v porovnaní s inými materiálmi. O rok neskôr do okruhu jeho záujmov patria fatamorgány, atmosférické búrky a meteority, ktoré sa snaží vysvetliť vedecký bod vízie.

Tepelný ekvivalent

Od roku 1843 vedec hľadal mechanický ekvivalent tepla. Pokusmi sa mu darí ukázať, že určité množstvo tepla sa dá premeniť na určité množstvo mechanická sila. V tom istom roku zverejňuje výsledky výskumu a o rok neskôr formuluje zákon tepelnej kapacity pre kryštalické telá, ktorý je známy ako Joule-Koppov zákon. Avšak presné znenie experimentálne potvrdenie Joule predstavil svoj zákon až v roku 1864.

Potom Joule James Prescott, krátky životopis ktorý je popísaný vyššie, sa venuje štúdiu tvorby tepla, keď kvapalina prechádza úzkymi rúrkami. V období rokov 1847 až 1850 sa mu darí odvodiť najpresnejší mechanický ekvivalent tepla. Používa kovový kalorimeter, ktorý si postaví na drevenú lavicu. V tomto experimente skúmal množstvo tepla, ktoré sa uvoľňuje počas rotácie v dôsledku osového trenia. Niektoré odhady vedca sú veľmi blízke presné hodnoty ktoré sa našli v minulom storočí.

Boj o autorstvo

V 40. rokoch 19. storočia sa v tlačených médiách začala vážna diskusia o tom, kto bol objaviteľom zákona zachovania energie medzi Mayerom a Jouleom. V skutočnosti Mayer publikoval svoju prácu skôr, ale nikto ju nebral vážne, keďže on sám bol povolaním lekár. Zákon Jamesa Jouleho našiel veľkú podporu, pretože v tom čase podporovali jeho kandidatúru takí vedci ako Stokes, Faraday a Thomson. Niektorí Mayera otvorene podporovali a zdôrazňovali, že on bol prvý, kto urobil objav, zatiaľ čo iní obhajovali právo na autorstvo Joule. Prioritu autorstva nakoniec nechal Mayer.

Pamäť

Fyzik James Prescott Joule je ocenený Kráľovskou medailou. V roku 1860 sa stal prezidentom Manchesterskej literárnej a filozofickej spoločnosti. Okrem toho je držiteľom titulu LL.D. z Trinity College Dublin, LL.D. z University of Edinburgh a Ph.D. civilné právo v Oxfordská univerzita. V roku 1866 dostal Copleyovu medailu a v roku 1880 sa stal majiteľom Albertovej medaily. Po 8 rokoch mu vláda priznala doživotný dôchodok. Joule pôsobil dvakrát ako prezident Britskej vedeckej asociácie.

V roku 1889 bola po ňom pomenovaná jednotka na meranie množstva tepla, energie a práce. V manchesterskej radnici sa nachádza pamätník vedca, ktorý sa nachádza oproti pamätníku Daltona.

James Prescott Joule($1818$ – $1889$) – anglický fyzik, ktorý významne prispel k rozvoju termodynamiky.

Životopis

Poznámka 1

Bol synom Benjamina Jouleho, majiteľa pomerne veľkého pivovaru.
James Joule získal počiatočné vzdelanie od súkromných lektorov, najmä kvôli jeho zlá kondícia zdravie. Mal problémy s chrbticou, no po čase sa jeho stav zlepšoval, no po celý život ostal vedec zhrbený, odrážalo sa to na jeho povahe a prispievalo k plachosti.

Od 1834 $ študoval u Johna Daltona v Manchestri na Literárnej a filozofickej spoločnosti. Rovnako ako Dalton, aj Joule bol silným zástancom atómovej teórie, zatiaľ čo mnohí vedci v tomto období boli k nej stále skeptickí.

V neskorších rokoch James Joule študoval u Johna Davisa a začal sa zaujímať o elektrinu, on a jeho brat experimentovali, nápadne elektrický šok, navzájom a rodinnými služobníkmi.

Poznámka 2

Vedecké úspechy

Elektrina

Poznámka 3

Veda bola pôvodne pre Jouleho koníčkom, ale už počas práce v pivovare začal skúmať možnosti výmeny kotlov za novovynájdený elektromotor.

Čiastočne poháňaný túžbou oceniť ekonomické dôsledky takejto náhrady sa zameriava na merania, pomocou ktorých možno určiť, ktorý zdroj energie je efektívnejší. Tak v $1841$ objavil Jouleov zákon, v ktorom teplo uvoľnené priamym pôsobením akéhokoľvek galvanického prúdu je úmerné druhej mocnine prúdu, vynásobenej odporom vodiča. (Odvodená jednotka energie alebo práce, Joule, bola pomenovaná po ňom.) Joule dospel k záveru, že spálenie pol kila uhlia by bolo ekonomickejšie ako plytvanie vzácnymi kilami zinku na elektrickú batériu.

Joel sa pokúša prezentovať výsledky Kráľovskej spoločnosti, no tam si ho mýlia s provinčným diletantom.

V 1843 $ vypočítal Joule množstvo mechanickej práce potrebnej na výrobu ekvivalentného množstva tepla. Toto množstvo sa nazývalo „mechanický ekvivalent tepla“. Opäť predložil správu o svojich zisteniach, tentoraz Britskej asociácii pre rozvoj vedy. Odozva opäť nebola nadšená. Niekoľko popredných časopisov tiež odmietlo publikovať články o Jouleovej práci.

Jouleova práca o vzťahu medzi teplom, elektrinou a mechanickou prácou bola do 1847 dolárov z veľkej časti ignorovaná. Až William Thomson rozpoznal, že Jouleova práca zapadá do zjednocujúceho vzorca, ktorý sa už začínal objavovať vo fyzike, a s nadšením Jouleho prácu schválil.

Za 1 849 $ Joule doručil svoj dokument s názvom „O mechanickom ekvivalente tepla“ Kráľovskej spoločnosti, Faraday vystupoval ako jeho sponzor. Nasledujúci rok Kráľovská spoločnosť zverejnila Jouleov dokument.