Vjerojatno ne postoji osoba koja ne zna ime James Joel. Otkrića ovog fizičara koriste se u cijelom svijetu. Kojim je putem krenuo znanstvenik? Koja je otkrića napravio?
Život izvanrednog fizičara
James Joule rođen je 24. prosinca 1818. Biografija budućeg fizičara počinje u engleskom gradu Salfordu, u obitelji uspješnog vlasnika pivovare. Dječak se školovao kod kuće, neko vrijeme ga je podučavao fiziku i kemiju John D alton. Zahvaljujući njemu, engleski fizičar se zaljubio u znanost.
Joule nije imao dobro zdravlje, provodio je puno vremena kod kuće, provodeći fizičke eksperimente i eksperimente. Već s 15 godina, zbog bolesti oca, morao je s bratom upravljati pivovarom. Rad u očevoj tvornici nije mu dao priliku da ide na sveučilište, pa se James Joule u potpunosti posvetio svom kućnom laboratoriju.
Od 1838. do 1847. fizičar je aktivno proučavao elektricitet i napravio svoj prvi znanstveni napredak. U Annals of Electricity objavio je članak o elektricitetu i 1841. otkrio novi fizički zakon, koji sada nosi njegovo ime.
Godine 1847. Joule je stupio u svoj prvi i jedini brak s Amelijom Grimes. Uskoro jesuRođeni su Alice Amelia i Benjamin Arthur. 1854. umrli su mu žena i sin. Sam Joule umire 1889. u Engleskoj, u gradu Sale.
Tijekom svog života objavio je oko 97 radova iz fizike, od kojih su neki napisani zajedno s drugim znanstvenicima: Lyonom, Thomsonom itd. Za izuzetna znanstvena dostignuća i otkrivene zakone fizike nagrađen je nekoliko medalja i doživotna mirovina od vlade Ujedinjenog Kraljevstva u iznosu od oko 200 funti.
Prvi radovi i eksperimenti
Dok je promatrao parne strojeve u očevoj pivovari, James Joule ih je odlučio zamijeniti električnim radi učinkovitosti. Godine 1838. objavio je članak u znanstvenom časopisu u kojem opisuje uređaj elektromagnetskog motora koji je izumio. Godine 1840. u pivovari su se pojavili novi električni motori, a fizičar je nastavio proučavati električnu struju i oslobađanje topline. Kasnije se pokazalo da su parni strojevi bili puno učinkovitiji.
Tijekom eksperimenata, Joule stvara termometre koji mogu mjeriti temperaturu s točnošću od 1/200 stupnjeva. To mu omogućuje da dublje pronikne u proučavanje toplinskog učinka struje. Godine 1840., zahvaljujući daljnjim promatranjima, fizičar otkriva učinak magnetskog zasićenja. Iste godine poslao je Kraljevskom znanstvenom društvu rad "O stvaranju topline pomoću električne struje". Članak nije ocijenjen. Samo je Manchester Literary and Philosophical Journal pristao objaviti.
Joule-Lenzov zakon
Neprepoznat od strane Londonskog znanstvenog društva, članak se kasnije pokazao jednim od glavnihdostignuća znanstvenika. U članku je James Joule govorio o odnosu između trenutne snage i količine oslobođene topline. Tvrdio je da je količina topline koja se oslobađa u vodiču izravno proporcionalna otporu vodiča, kvadratu sile i vremenu prolaska struje.
U to vrijeme, sličnu teoriju razvio je Emilius Lenz. Činjenicu da vodljivost metalnog vodiča ovisi o temperaturi otkrio je ruski fizičar još 1832. godine. Kako bi točno odredio temperaturu u vodiču, znanstvenik je izumio posebnu posudu u koju se ulijevao alkohol. Žica kroz koju je prolazila struja spuštena je u posudu. Zatim se pratilo koliko dugo će se alkohol zagrijavati. Joule James Prescott koristio je sličnu metodu, ali je koristio vodu kao tekućinu.
Rezultate dugogodišnjeg istraživanja Lenz je objavio tek 1843. godine, ali u njegovim spisima bilo je točnijih znanstvenih opravdanja od Joulea, čiji rad isprva nije htio biti ni tiskan. S obzirom na primat Joulea i točne izračune Emila Lenza, odlučeno je da se zakon nazove po oba. S vremenom je Joule-Lenzov zakon postavio temelje termodinamike.
Magnetostrikcija
Paralelno sa svojstvima električne struje, James Joule proučava magnetske fenomene. 1842. uočava da se željezo mijenja u veličini pod utjecajem magnetskih valova. Ako se metalne šipke stave u magnetsko polje, njihova će duljina postati nešto veća.
Znanstvena zajednica sumnjala je u postojanje bilo kakvog otkrića ovdje. Promjena veličine šipki bila jetoliko beznačajan da ga ljudsko oko nije moglo uhvatiti. Ali fizičar je razvio posebnu tehniku kojom je dobio vizualne dokaze.
Kasnije se pokazalo da taj učinak imaju i drugi metali, a sam fenomen nazvan je magnetostrikcija. Sada su pronađene mnoge primjene za otkriće Joulea. Na primjer, magnetostriktivni metali služe kao materijal valovoda za mjerenje razine vode u spremnicima. Ovaj se fenomen također koristi za izradu oznaka u sustavima protiv krađe.
Eksperimenti s plinom
40-ih godina, James Joule je aktivno proučavao svojstva plina, odnosno pojave povezane s njegovim širenjem i kontrakcijom. Proveo je pokus s širenjem razrijeđenog plina, dok je dokazao da njegova unutarnja energija ne ovisi o volumenu. Važna je samo temperatura plina.
Godine 1848. Joule je izmjerio brzinu molekula plina po prvi put u povijesti fizike. Ovo iskustvo je bio rani rad na kinetičkoj teoriji plinova, dajući poticaj daljnjim istraživanjima u ovom području. Jouleov rad kasnije je nastavio Škot James Maxwell.
Za značajan znanstveni doprinos u čast engleskog fizičara, jedinica za mjerenje rada, količine topline i energije, nazvana je Joule.
Joule i Thomson
William Thomson imao je ogroman utjecaj na Jouleove aktivnosti i njegovo priznanje u znanstvenom svijetu. Znanstvenici su se upoznali 1847. kada je Joule Britanskoj udruzi znanstvenika predstavio izvješće o mjerenjima mehaničkog ekvivalenta topline.
Prije Thomsona Joulea nisu shvaćali ozbiljno u znanstvenim krugovima. Tko zna, možda ne bismo poznavali zakone fizike koje je otkrio da William Thomas nije objasnio njihovu važnost "snobovima" britanske zajednice.
Fizičari su zajedno proučavali svojstva plinova, otkrivši da se plin hladi tijekom adijabatskog prigušivanja. To jest, temperatura plina (ili tekućine) se smanjuje tijekom prolaska kroz otvor (izolirani ventil). Fenomen se naziva Joule-Thomsonov efekt. Sada se ovaj fenomen koristi za postizanje niskih temperatura.
Znanstvenici su također radili na termodinamičkoj skali, nazvanoj po tituli Lorda Kelvina, koja je pripadala Williamu Thomsonu.
priznanje Jamesa Joulea
Slava i priznanje i dalje su osvojili engleskog fizičara. Pedesetih godina prošlog stoljeća postao je članom Londonskog kraljevskog društva i dobio je Kraljevsku medalju. Godine 1866. dobio je Copleyjevu medalju, a kasnije i Albertovu medalju.
Joule je nekoliko puta postao predsjednik Britanskog znanstvenog udruženja. Dobio je titulu doktora prava na Sveučilištima u Dublinu, Edinburghu i Oxfordu.
Postoji kip u njegovu čast u gradskoj vijećnici u Manchesteru i spomenik u Westminsterskoj opatiji. Na suprotnoj strani Mjeseca nalazi se krater James Joule.
Zaključak
Čuveni znanstvenik, čije je ime dato zakonima fizike i mjernim jedinicama, nije mogao postići priznanje. Zahvaljujući njegovojustrajnost i rad, nije stao pred brojnim neuspjesima. Na kraju je dokazao pravo na svoje mjesto pod suncem, ili barem na lunarnom krateru.
