Джеймс джоуль: біографія, наукові відкриття
Напевно, не існує людини, яка не знає імені Джеймс Джоуль. Відкриття цього фізика застосовуються у всьому світі. Який шлях пройшов вчений? Які відкриття він зробив?
Життя видатного фізика
24 грудня 1818 року народився Джеймс Джоуль. Біографія майбутнього фізика починається в англійському містечку Солфорді, в родині успішного власника пивоварні. Навчання хлопчика відбувалося в домашніх умовах, деякий час фізику і хімію йому викладав Джон Дальтон. Завдяки йому англійський фізик і полюбив науку.
Джоуль не володів міцним здоров`ям, багато часу він просиджував вдома, проводячи фізичні досліди та експерименти. Уже в 15 років, через хворобу батька, йому довелося керувати пивоварнею разом з братом. Робота на батьківському заводі не давала можливості вступити до університету, тому Джеймс Джоуль цілком віддавався домашній лабораторії.
З 1838 по 1847 рік фізик активно вивчає електрику і робить свої перші наукові успіхи. У журналі Annals of Electricity він публікує статтю про електрику, а в 1841 відкриває новий фізичний закон, який зараз носить його ім`я.
У 1847 році Джоуль укладає перший і єдиний шлюб з Амелією Граймс. Незабаром у них народжуються Еліс Амелія і Бенджамін Артур. У 1854 році дружина і син гинуть. Сам Джоуль вмирає в 1889 році в Англії, в місті Сейлем.
За все своє життя він публікує близько 97 робіт з фізики, деякі з них написані спільно з іншими вченими: Лайоном, Томсоном і т. Д. За видатні наукові досягнення і відкриті закони фізики він нагороджений кількома медалями та отримував довічну пенсію від уряду Великобританії в розмірі близько 200 фунтів.
Перші роботи і експерименти
Спостерігаючи за паровими двигунами на пивоварні батька, Джеймс Джоуль вирішив замінити їх електричними для ефективності роботи. У 1838 році він публікує в науковому журналі статтю, в якій розписує пристрій придуманого ним електромагнітного двигуна. У 1840 році на пивоварні з`являються нові електричні двигуни, а фізик продовжує вивчення електричного струму і виділення теплоти. Пізніше виявилося, що парові двигуни були набагато ефективніше.
В ході експериментів Джоуль створює термометри, які здатні вимірювати температуру з точністю до 1/200 градуса. Це дозволяє йому заглибитися у вивчення теплового ефекту струму. У 1840 році, завдяки подальшим спостереженням, фізик виявляє ефект магнітного насичення. У цьому ж році він посилає до Королівського наукового товариства роботу «Про освіту теплоти за допомогою електричного струму». Статтю не оцінили. Опублікувати її погодився лише манчестерський літературно-філософський журнал.
Закон Джоуля-Ленца
Невизнана Лондонським науковим товариством стаття згодом виявилася одним з головних досягнень вченого. У статті Джеймс Джоуль говорив про залежність між силою струму і кількістю виділеної теплоти. Він стверджував, що кількість теплоти, яке виділяється в провіднику, прямо пропорційно опору провідника, квадрату сили і часу проходження струму.
У цей час подібну теорію розробляв Емілія Ленц. Те, що провідність металевого провідника залежить від температури, російський фізик виявив ще в 1832 році. Для точного визначення температури в провіднику вчений винайшов спеціальну посудину, в який заливався спирт. Дріт, через яку пропускався струм, опускалася в посудину. Далі відстежувалася, за який час спирт нагріється. Джоуль Джеймс Прескотт використовував схожий метод, тільки в якості рідини використовував воду.
Результати багаторічних досліджень Ленц опублікував тільки в 1843 році, але в його працях було більше точних наукових обґрунтувань, ніж у Джоуля, роботу якого спочатку навіть не захотіли друкувати. З огляду на першість Джоуля і точні розрахунки Емілія Ленца, було вирішено назвати закон в честь обох. Згодом закон Джоуля-Ленца поклав початок термодинаміки.
магнітострикція
Паралельно з властивостями електричного струму Джеймс Джоуль вивчає магнітні явища. У 1842 році він зауважує, що залізо змінюється в розмірах під впливом магнітних хвиль. Якщо металеві стрижні помістити в магнітне поле, їх довжина стане трохи більше.
Наукове співтовариство мало сумніву в існуванні тут якогось відкриття. Зміна розмірів стрижнів було настільки незначним, що людське око не вловлював його. Але фізик розробив спеціальну техніку, за допомогою якої отримав наочні докази.
Пізніше з`ясувалося, що таким ефектом володіють і інші метали, а саме явище назвали магнітострикцією. Зараз для відкриття Джоуля знайшли багато способів застосування. Наприклад, матеріалом хвилеводу для вимірювання рівня води в резервуарах служать магнітострикційні метали. Це явище використовують і для виготовлення міток в антікражевих системах.
Експерименти з газом
У 40-х роках Джеймс Джоуль активно вивчає властивості газу, а саме явища, пов`язані з його розширенням і стисненням. Він проводив досвід з розширенням розрядженого газу, доводячи при цьому, що його внутрішня енергія не залежить від обсягу. Важлива тільки температура газу.
У 1848 році Джоуль вперше в історії фізики виміряв швидкість молекул газу. Даний досвід став ранньої роботою про кінетичної теорії газів, давши поштовх для подальших досліджень в цій області. Роботу Джоуля пізніше продовжив шотландець Джеймс Максвелл.
За значний науковий внесок в честь англійського фізика була названа одиниця вимірювання роботи, кількості теплоти і енергії - Джоуль.
Джоуль і Томсон
Величезний вплив на діяльність Джоуля і його визнання в науковому світі надав Вільям Томсон. Вчені познайомилися в 1847 році, коли Джоуль представляв Британської асоціації вчених доповідь про вимірювання механічного еквівалента теплоти.
До Томсона Джоуля не сприймали серйозно в наукових колах. Хто знає, може бути, ми і не дізналися б відкриті їм закони фізики, якби Вільям Томас не пояснив їх важливість «снобам» британського співтовариства.
Разом фізики вивчали властивості газів, відкривши, що при адіабатичному дроселюванні газ охолоджується. Тобто температура газу (або рідини) зменшується під час проходження через дросель (ізольований клапан). Явище отримало назву ефекту Джоуля-Томсона. Зараз це явище застосовується для отримання низьких температур.
Вчені також займалися термодинамічної шкалою, названої в честь титулу лорда Кельвіна, який належав Вільяму Томсону.
Визнання Джеймса Джоуля
Слава і визнання все ж наздогнали англійського фізика. У 50-х роках XIX століття він стає членом Лондонського королівського товариства і нагороджується Королівської медаллю. У 1866 році він отримує медаль Коплі, а потім і медаль Альберта.
Кілька разів Джоуль ставав президентом Британської наукової асоціації. Йому були присуджені наукові ступені доктора права в дублінському коледжі, Единбурзькому і Оксфордському університетах.
У його честь встановлена статуя в будівлі муніципалітету в Манчестері і меморіал у Вестмінстерському абатстві. На зворотному боці Місяця існує кратер Джеймса Джоуля.
висновок
Знаменитий учений, ім`ям якого названі закони фізики і одиниці вимірювання, міг би і не добитися визнання. Завдяки своїй завзятості і праці він не зупинявся перед численними відмовами. Врешті-решт він довів право на своє місце під сонцем або хоча б на місячному кратері.
