Џејмс Џуле: биографија, научни откритија

Веројатно, нема човек кој не го знае името Џејмс Џуле. Откритијата на овој физичар се користат насекаде во светот. Што беше патот на научникот? Кои откритија ги направил?

Животот на извонреден физичар

На 24 декември 1818 година се родил Џејмс Џуле. Биографијата на идната физика започнува во англискиот град Салфорд, во семејството на успешен сопственик на пиварницата. Обуката на момчето се одржа дома, некое време го подучуваа физиката и хемијата од Џон Далтон. Благодарение на него, англиски физичар ја сакаше науката.

Џуле немаше добро здравје, помина многу време дома, правејќи физички експерименти и експерименти. Веќе на 15 години, поради болеста на татко му, тој мораше да управува со пиварницата со својот брат. Работата во фабриката на неговиот татко не му даде можност да влезе на универзитетот, па Џејмс Џуле беше целосно посветен на домашната лабораторија.

Од 1838 до 1847 година, физичарот активно студирал електрична енергија и ги направил своите први научни достигнувања. Во списанието Annals of Electricity објавува статија за електрична енергија, а во 1841 година отвори нов физички закон, кој сега го носи неговото име.

Во 1847 година, Џоел го заклучува првиот и единствен брак со Амелија Гримс. Наскоро се раѓаат Алис Амелија и Бенџамин Артур. Во 1854 година, сопругата и синот беа убиени. Самиот Џоле умира во 1889 година во Англија, во градот Продај.

За време на својот живот, објавил околу 97 трудови за физика, некои од нив напишани заедно со други научници: Лав, Томсон и др. За исклучителни научни достигнувања и отворени закони за физика, тој добил неколку медали и добил доживотна пензија од британската влада во износ од Околу 200 фунти.

Првите дела и експерименти

Гледајќи ги парните машини во пиварницата на неговиот татко, Џејмс Џуле одлучи да ги замени со електрични за изведба. Во 1838 година, во академскиот журнал објавил статија во која го опишал уредот на електромагнетниот мотор што го измислил. Во 1840 година се појавиле нови електрични мотори на пиварницата, а физичарот продолжил да ја проучува електричната струја и ослободувањето на топлина. Подоцна се покажа дека парните мотори се многу поефикасни.

Во текот на експериментите, Joule создава термометри кои се способни да ја измерат температурата со точност од 1/200 степени. Ова му овозможува да оди подлабоко во проучувањето на термичкиот ефект на струјата. Во 1840 година, благодарение на понатамошните набљудувања, физичарот го открива ефектот на магнетната сатурација. Во истата година тој го испраќа до Кралското научно здружение дело "за формирање на топлина со електрична струја". Написот не беше ценет. Само книжевно-филозофско списание Манчестер се согласи да го објави.

Закон на Џуле-Ленц

Непознат од Лондонските научни друштва, статијата подоцна се покажа како едно од главните достигнувања на научниците. Во написот, Џејмс Џуле зборуваше за односот помеѓу силата на струјата и количината на ослободена топлина. Тој тврдеше дека количината на топлина што се ослободува во проводникот е директно пропорционална на отпорноста на проводникот, квадратот на силата и времето на проток на струјата.

Во тоа време, слична теорија ја разви Емили Ленц. Фактот дека спроводливоста на металниот проводник зависи од температурата, рускиот физичар открил уште во 1832 година. За прецизно одредување на температурата во проводникот, научникот измислил посебен сад во кој бил истурен алкохол. Жицата низ која беше предадена струјата беше спуштена во садот. Потоа следеше колку долго алкохолот ќе се загрее. Џоел Џејмс Прескот користеше сличен метод, користејќи ја само водата како течност.

Резултатите од годините на истражување Ленц објавени само во 1843 година, но во неговите дела имало попрецизни научни оправдувања од Џуле, чија работа во почетокот, дури и не сакаше да се печати. Со оглед на примарноста на Џуле и точните пресметки на Емили Ленц, беше одлучено да се именува законот во чест на двете. Со текот на времето, законот Џуле-Ленц го означи почетокот на термодинамиката.

Магнетострикција

Паралелно со својствата на електричната струја, Џејмс Џуле ги проучува магнетните феномени. Во 1842 тој забележува дека железото варира во големина под влијание на магнетните бранови. Ако металните шипки се поставени во магнетно поле, нивната должина ќе стане малку поголема.

Научната заедница се сомнева во постоењето на секое откритие. Промената на големината на стапките беше толку безначајна што човечкото око не го фати. Но, физичарот развил посебна техника, со помош на која добил очигледни докази.

Подоцна беше откриено дека другите метали го поседуваат овој ефект, а самиот феномен се нарекува магнетострикција. Сега за откривањето на Joule најде многу начини да се користи. На пример, магнетостриктивните метали служат како материјал на брановодот за мерење на нивото на водата во резервоарите. Овој феномен исто така се користи за правење марки во системи против кражба.

Експерименти со гас

Во 1940-тите, Џејмс Џуле активно ги проучувал својствата на гасот, имено, феномените поврзани со неговото ширење и контракција. Тој експериментирал со проширувањето на испуштениот гас, докажувајќи дека неговата внатрешна енергија не зависи од волуменот. Само температурата на гасот е важна.

Во 1848 година, за прв пат во историјата на физиката , Џуле ја мери брзината на молекулите на гасот. Ова искуство стана рана работа на кинетичката теорија на гасовите, давајќи поттик за понатамошно истражување во оваа област. Делото на Џуле подоцна продолжило со шкотскиот Џејмс Максвел.

За значаен научен придонес во чест на англискиот физичар, беше именуван единицата за мерење на работа, количина на топлина и енергија - Џуле.

Џоул и Томсон

Големо влијание врз активностите на Џуле и неговото признавање во научниот свет го направи Вилијам Томсон. Научниците се состанаа во 1847 година, кога Џуле на Британската асоцијација на научници му го претстави извештајот за мерења на механичкиот еквивалент на топлина.

Додека Томсон Џоул не беше сфатен сериозно во научната заедница. Кој знае, можеби не би ги научиле законите на физиката откриени од него, ако Вилијам Томас не ја објаснил нивната важност за "снобовите" на британската заедница.

Заедно, физичарите ги проучувале својствата на гасовите, откривајќи дека со адиабатичкото задушување гасот лади. Тоа е, температурата на гасот (или течноста) се намалува за време на премин низ гасот (изолиран вентил). Овој феномен бил наречен Џоле-Томсоновиот ефект. Сега овој феномен се користи за да се добијат ниски температури.

Научниците, исто така, се занимаваа со термодинамичката скала, именувана по насловот на Лорд Келвин, кој му припаѓал на Вилијам Томсон.

Признавање на Џејмс Џуле

Славата и признанието се уште се фатени со англискиот физичар. Во педесеттите години од XIX век, тој стана член на Кралското друштво во Лондон и му беше доделен Кралскиот медал. Во 1866 година, тој го добил медалот Копли, а потоа и медалот Алберт.

Неколку пати Џоел стана претседател на Британската научна асоцијација. Добиени се академски дипломи на доктор на правни науки на колеџите во Даблин, Единбург и Оксфорд.

Во негова чест стои статуа во Општинската зграда во Манчестер и споменик во Вестминстерската опатија. Од другата страна на Месечината постои кратер на Џејмс Џуле.

Заклучок

Познатиот научник, чие име се вика законите на физиката и единиците на мерење, не можеше да постигне признание. Благодарение на неговата упорност и напорна работа, тој не застана на бројни неуспеси. На крајот, тој го докажал правото на неговото место под сонцето или барем во лунарниот кратер.