Joel, James

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 24 iunie 2022; verificările necesită 9 modificări .
James Prescott Joule
James Prescott Joule
Data nașterii 24 decembrie 1818( 24.12.1818 ) [1] [2] [3] […]
Locul nașterii
Data mortii 11 octombrie 1889( 1889-10-11 ) [1] [2] [3] […] (în vârstă de 70 de ani)
Un loc al morții Vânzare (Greater Manchester) , Cheshire , Anglia , Marea Britanie
Țară
Sfera științifică fizică
Alma Mater
Premii și premii Medalia Regală (1852),
Medalia Copley (1866),
Medalia Albert (Societatea Regală de Arte) (1880)
 Fișiere media la Wikimedia Commons

James Prescott Joule ( ing.  James Prescott Joule ; 24 decembrie 1818 , Salford , Lancashire , Anglia , Marea Britanie  - 11 octombrie 1889 , Sale , Cheshire , Anglia , Marea Britanie ) este un fizician englez care a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea termodinamicii . El a fundamentat legea conservării energiei pe experimente . S-a stabilit legea care determină efectul termic al curentului electric . El a calculat viteza de mișcare a moleculelor de gaz și a stabilit dependența acesteia de temperatură .

El a studiat experimental și teoretic natura căldurii și a descoperit legătura ei cu munca mecanică, drept urmare, aproape simultan cu Mayer , a ajuns la conceptul de conservare universală a energiei , care, la rândul său, a oferit formularea primei legea termodinamicii . A lucrat cu Thomson la scara absolută a temperaturii, a descris fenomenul de magnetostricție , a descoperit legătura dintre curentul care curge printr-un conductor cu o anumită rezistență și cantitatea de căldură eliberată în același timp ( legea Joule-Lenz ). El a adus o contribuție semnificativă la tehnica experimentului fizic, a îmbunătățit proiectarea multor instrumente de măsurare.

Unitatea de măsură pentru energie, joule , este numită după Joule .

Biografie

Născut în familia unui proprietar bogat al unei fabrici de bere din Salford , lângă Manchester , a fost educat acasă , mai mult, timp de câțiva ani profesorul său de matematică elementară , începuturile chimiei și fizicii a fost Dalton [5] . Din 1833 (de la 15 ani) a lucrat la o berărie, iar în paralel cu educația (până la 16 ani) și știința, până în 1854 a participat la conducerea întreprinderii, până la vânzarea acesteia [6] .

Primele studii experimentale le-a început deja în 1837, devenind interesat de posibilitatea înlocuirii motoarelor cu abur dintr-o fabrică de bere cu cele electrice. În 1838, la recomandarea unuia dintre profesorii săi Davies ( ing.  John Davies ), al cărui prieten apropiat a fost inventatorul motorului electric Sturgeon , a publicat prima lucrare despre electricitate în revista științifică Annals of Electricity , organizată cu un an înainte de către Sturion, lucrarea a fost dedicată dispozitivului unui motor electromagnetic. În 1840, a descoperit efectul saturației magnetice în timpul magnetizării feromagneților [5] , iar în anii 1840-1845 a studiat experimental fenomenele electromagnetice.

Căutând cele mai bune modalități de măsurare a curenților electrici, James Joule în 1841 a descoperit legea care îi poartă numele, care stabilește o relație pătratică între puterea curentului și cantitatea de căldură degajată de acest curent în conductor (în literatura rusă apare ca Legea Joule-Lenz , deoarece în 1842 independent această lege a fost descoperită de fizicianul rus Lenz ). Descoperirea nu a fost apreciată de Societatea Regală din Londra , iar lucrarea a fost publicată doar în revista periodică a Societății literare și filosofice din Manchester ( ing.  Manchester Literary and Philosophical Society ) [5] .

În 1840, Sturgeon s-a mutat la Manchester și a condus Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science , o  expoziție comercială și o instituție de învățământ, unde în 1841 l-a invitat pe Joule ca prim lector.

În lucrările de la începutul anilor 1840, el a investigat problema fezabilității economice a motoarelor electromagnetice, la început crezând că electromagneții ar putea fi o sursă a unui volum nelimitat de lucru mecanic, dar s-a convins curând că, din punct de vedere practic, , motoarele cu abur din acea vreme erau mai eficiente [7] , publicând în 1841 concluziile că eficiența unui motor electromagnetic „ideal” pe kilogram de zinc (folosit în baterii) este de numai 20% din randamentul unui motor cu abur pe kilogram de zinc. cărbunele ars, fără a ascunde dezamăgirea [8] .

În 1842, el descoperă și descrie fenomenul de magnetostricție , care constă într-o modificare a dimensiunii și volumului unui corp cu modificarea stării sale de magnetizare . În 1843, el formulează și publică rezultatele finale ale lucrărilor privind studiul degajării de căldură în conductori, în special, el arată experimental că căldura degajată nu este în niciun caz luată din mediul înconjurător, ceea ce a infirmat irevocabil teoria caloricului , ai cărei susținători a mai rămas în acea vreme. În același an, a devenit interesat de problema generală a relației cantitative dintre diferitele forțe care conduc la eliberarea de căldură și, ajungând la concluzia că Mayer ( 1842 ) a prezis existența unei anumite relații între muncă și cantitatea de căldură, el căuta o relație numerică între aceste cantități - echivalentul mecanic al căldurii . În perioada anilor 1843-1850, efectuează o serie de experimente, perfecționând continuu tehnica experimentală și confirmând de fiecare dată principiul conservării energiei cu rezultate cantitative .

În 1844, familia Joule s-a mutat într-o nouă casă din Whalley Range , unde a fost înființat un laborator confortabil pentru James  [8] . În 1847 s-a căsătorit cu Amelia Grimes, au avut în curând un fiu și o fiică, în 1854 Amelia Joule a murit [8] .

În 1847, l-a întâlnit pe Thomson , care a apreciat foarte mult tehnica experimentală a lui Joule, și cu care a colaborat ulterior fructuos, în mare parte sub influența lui Joule, s-au format și ideile lui Thomson cu privire la problemele teoriei cinetice moleculare [9] . În prima lucrare comună, Thomson și Joule creează o scară de temperatură termodinamică .

În 1848, pentru a explica efectele termice odată cu creșterea presiunii , el a propus un model de gaz ca fiind format din bile elastice microscopice, a căror ciocnire cu pereții vasului creează presiune și dând o estimare a vitezei hidrogenului " bile elastice” de circa 1850 m/s. La recomandarea lui Clausius , această lucrare a fost publicată în Philosophical Transactions of the Royal Society și, deși în ea au fost ulterior dezvăluite grave defecte [10] , ea a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării termodinamicii , în special, ecou ideologic lucrării. a lui van der Waals începutul anilor 1870 despre modelarea gazelor reale .

Până la sfârșitul anilor 1840, munca lui Joule câștiga recunoaștere generală în comunitatea științifică, iar în 1850 a fost ales membru cu drepturi depline al Societății Regale din Londra [9] .

În lucrările din 1851, îmbunătățindu-și modelele teoretice de reprezentare a căldurii ca mișcare a particulelor elastice, el a calculat teoretic capacitatea de căldură a unor gaze destul de precis [11] . În 1852, el descoperă, măsoară și descrie într-o serie de lucrări în comun cu Thomson efectul unei modificări a temperaturii gazului în timpul throttlingului adiabatic , cunoscut sub numele de efect Joule-Thomson, care a devenit ulterior una dintre principalele metode de obținere a temperaturilor ultrascăzute, contribuind astfel la apariția fizicii la temperaturi scăzute ca ramură a științelor naturale.

În anii 1850, el a publicat o serie mare de articole despre îmbunătățirea măsurătorilor electrice, oferind modele pentru voltmetre , galvanometre și ampermetre care oferă o precizie ridicată a măsurătorilor; În general, de-a lungul întregii sale practici științifice, Joule a acordat o atenție considerabilă tehnicilor experimentale care au făcut posibilă obținerea unor rezultate extrem de precise.

În 1859, el explorează proprietățile termodinamice ale solidelor, măsurând efectul termic în timpul deformărilor și notează proprietățile nestandard ale cauciucului în comparație cu alte materiale [8] .

În anii 1860, el a fost interesat de fenomenele naturale, oferind posibile explicații pentru natura furtunilor atmosferice , a mirajelor și a meteoriților .

În 1867, Joule, conform schemei propuse de Thomson, măsoară standardul echivalentului mecanic al căldurii pentru Asociația Științifică Britanică , dar obține rezultate care diferă de valorile obținute din experimente pur mecanice, totuși, rafinarea condițiile experimentelor mecanice au confirmat acuratețea măsurătorilor lui Joule și în 1878 standardul de rezistență a fost revizuit [10] .

În fazele inițiale ale activității sale, Joule a pus bazele experimentelor și a efectuat cercetări exclusiv pe cheltuiala sa, dar după vânzarea fabricii de bere în 1854, situația sa financiară s-a deteriorat treptat și a trebuit să folosească finanțarea diferitelor organizații științifice, iar în 1878 i s-a acordat pensie de stat [10] . Din copilărie a suferit de o boală a coloanei vertebrale, iar de la începutul anilor 1870, din cauza sănătății precare, practic nu a lucrat. A murit în 1889.

Echivalentul mecanic al căldurii

Din 1843, Joule a căutat confirmarea principiului conservării energiei și a încercat să calculeze echivalentul mecanic al căldurii. În primele experimente, el măsoară încălzirea unui lichid în care este scufundat un solenoid cu miez de fier , care se rotește în câmpul unui electromagnet , făcând măsurători în cazul unei înfășurări închise și deschise a unui electromagnet, apoi îmbunătățește experiment, excluzând rotația manuală și punând electromagnetul în acțiune printr-o sarcină în cădere. Pe baza rezultatelor măsurătorilor, el formulează relația [12] [13] :

Cantitatea de căldură care poate încălzi 1 lire de apă la 1 grad Fahrenheit este egală cu și poate fi convertită în forță mecanică care este capabilă să ridice 838 de lire sterline la o înălțime verticală de 1 picior .

Text original  (engleză)[ arataascunde] Cantitatea de căldură capabilă să ridice temperatura unui kilogram de apă cu un grad din scara lui Farhenheit este egală cu și poate fi transformată într-o forță mecanică capabilă să ridice 838 lb. la înălțimea perpendiculară de un picior.

Rezultatele experimentelor sunt publicate în 1843 în articolul „Despre efectul termic al magnetoelectricității și semnificația mecanică a căldurii” [14] . În 1844, el formulează prima versiune a legii capacității de căldură a corpurilor cristaline complexe, cunoscută sub numele de legea Joule-Kopp ( Kopp a dat o formulare exactă și o confirmare experimentală finală în 1864 ).

Mai departe, în experimentul din 1844 el măsoară degajarea de căldură atunci când un lichid este forțat prin tuburi înguste, în 1845 el măsoară căldura în timpul comprimării gazului, iar în experimentul din 1847 el compară costurile de rotație a agitatorului într-un lichid cu căldură formată ca urmare a frecării [5] .

În lucrările din 1847-1850, el oferă un echivalent mecanic și mai precis al căldurii. Au folosit un calorimetru metalic montat pe o bancă de lemn. În interiorul calorimetrului era o axă cu lame amplasate pe acesta. Pe pereții laterali ai calorimetrului erau șiruri de plăci care împiedicau mișcarea apei, dar nu atingeau lamele. Un fir cu două capete suspendate a fost înfășurat în jurul axei din afara calorimetrului, de care erau atașate greutăți. În experimente, s-a măsurat cantitatea de căldură eliberată în timpul rotației axei din cauza frecării. Această cantitate de căldură a fost comparată cu modificarea poziției sarcinilor și a forței care acționează asupra acestora.

Evoluția valorilor echivalentului mecanic al căldurii obținute în experimentele Joule (în picior - lire sau picior-liră-forță per unitate termică britanică ):

Ultima estimare se apropie de măsurătorile ultra-precise făcute în secolul al XX-lea.

Luptă pentru prioritate în descoperirea legii conservării energiei

Din a doua jumătate a anilor 1840, în paginile Proceedings of the French Academy of Sciences ( franceză:  Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences ), a început o discuție aprinsă între Joule și Mayer despre prioritatea descoperirii. a legii conservării energiei pentru sisteme termodinamice și, deși publicația lui Mayer a apărut puțin mai devreme, el, fiind medic de profesie, nu a fost luat în serios, în timp ce Joule era deja susținut de marii fizicieni, în special de raportul său despre 1847 în Asociația Științifică Britanică a fost foarte apreciat de Faraday , Stokes și Thomson prezenți la întâlnire [15] . Timiryazev , luând în considerare ulterior această discuție, a remarcat consistența argumentului lui Mayer în lupta împotriva „invidiei mărunte a oamenilor de știință al breslei” [16] . Helmholtz , care a publicat principiul conservării energiei în 1847, a atras atenția asupra lucrării lui Mayer în 1851 și a recunoscut în mod deschis prioritatea acesteia în 1852.

Următoarea rundă a luptei pentru prioritate a avut loc în anii 1860, când legea a primit recunoaștere generală în comunitatea științifică. Tyndall în 1862 într-o prelegere publică arată prioritatea lui Mayer, iar Clausius își ia punctul de vedere . Taet , cunoscut pentru opiniile sale patriotice pro-britanice, într-o serie de publicații insistă asupra priorității lui Joule, nerecunoscând opera lui Mayer din 1842 de conținut fizic, Clausius i se opune, iar filozoful Dühring , în timp ce minimalizează opera lui Joule și Helmholtz, insistă activ. pe prioritatea lui Mayer, care în multe privințe a servit drept recunoaștere finală a priorității lui Mayer. [cincisprezece]

Recunoaștere și memorie

În 1850 a fost ales membru al Societății Regale din Londra . În 1852 i s -a acordat prima medalie regală pentru munca sa privind echivalentul cantitativ al căldurii . În 1860 a fost ales președinte de onoare al Societății literare și filosofice din Manchester . 

A primit diplomele de doctor în drept la Trinity College Dublin (1857), doctor în drept civil ( DCL ) de la Universitatea Oxford (1860), doctor în drept ( LL.D. ) de la Universitatea din Edinburgh (1871) [17] .  

Joule a primit medalia Copley în 1866  și medalia Albert în 1880 . În 1878 i s-a acordat o pensie pe viață de 215 lire sterline de către guvern.

În 1872 și 1877 a fost ales de două ori Președinte al Asociației Științifice Britanice [18] .

La cel de-al Doilea Congres Internațional al Electricienilor, care a avut loc în 1889 - anul morții lui Joule, o unitate unificată de măsură a muncii, energiei, cantității de căldură a fost numită după el , pentru care coeficientul de tranziție dintre lucrul mecanic și căldură ( mecanic echivalent de căldură ) nu a fost necesar , care a devenit una dintre unitățile derivate SI cu nume propriu.

În Primăria Manchester se află un monument al lui Joel al sculptorului Alfred Gilbert , vizavi de monumentul lui Dalton . 

În 1970, Uniunea Astronomică Internațională a numit un crater din partea îndepărtată a Lunii după James Joule .

Bibliografie

A publicat 97 de lucrări științifice, dintre care aproximativ 20 au fost scrise împreună cu Thomson și Lyon Plafair; majoritatea colaborărilor se referă la aplicarea teoriei mecanice a căldurii la teoria gazelor, fizicii moleculare și acusticii . O parte semnificativă a lucrării este dedicată îmbunătățirii echipamentelor experimentale și de măsurare. Lucrările au fost adunate într-o ediție în două volume publicată de Physical Society din Londra 1884-1887) și traduse în germană în 1872 de Hermann Sprengel [19] .

Lucrari principale:

Note

  1. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Encyclopædia Britannica 
  2. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Enciclopedia Brockhaus  (germană) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Gran Enciclopèdia Catalana  (cat.) - Grup Enciclopèdia Catalana , 1968.
  4. ↑ www.accademiadellescienze.it  (italiană)
  5. ↑ 1 2 3 4 Golin, Filonovici, 1989 , p. 382.
  6. ↑ Marca de bere a fabricii Joule încă mai există la începutul secolului XXI, Joule's Story . Berăria lui Joule. Preluat la 10 mai 2013. Arhivat din original la 13 mai 2013.
  7. ↑ Golin, Filonovici, 1989 , p. 381-382.
  8. ↑ 1 2 3 4 Glazebrook, RT Joule, James Prescott (DNB00) // Dicționar de biografie națională . - 1885-1900. — Vol. treizeci.
  9. ↑ 1 2 Golin, Filonovici, 1989 , p. 383.
  10. ↑ 1 2 3 Golin, Filonovici, 1989 , p. 384.
  11. ↑ Joule James Prescott // Debitor - Eucalipt. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1972. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / redactor-șef A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 8).
  12. ↑ 100 de mari descoperiri științifice / D.K. Samin. - M . : Veche, 2002. - S. 90-93. — 480 s. — 25.000 de exemplare.  — ISBN 5-7838-1085-1 .
  13. ↑ Donald S. L. Cardwell. James Joule: O biografie . - Manchester University Press, 1991. - S. 57. - 333 p. - ISBN 0-7190-3479-5 .
  14. ↑ Joule, JP Despre efectele calorice ale magneto-electricității și asupra valorii mecanice a căldurii  //  Philosophical Magazine, Series 3 : journal. - 1843. - Vol. 23 . - P. 263-276 .
  15. ↑ 1 2 Spassky, B.I. §45. Descoperirea legii conservării energiei // Istoria fizicii. - al 2-lea. - M . : Şcoala superioară, 1977. - T. I. - S. 308-316. — 320 s.
  16. ↑ Kudryavtsev P.S. Curs de istoria fizicii . — Ed. a II-a, corectată. si suplimentare - M . : Educaţie, 1982. - 448 p.
  17. ↑ În Marea Britanie, diploma de doctor în drept este cea mai înaltă diplomă de doctorat acordată pe baza unei sume de cercetări avansate. De asemenea, adesea acordat pentru merit în arena publică (adesea în politică și justiție)
  18. ↑ James Prescott Joule - Enciclopedia online Around the World . Consultat la 10 noiembrie 2009. Arhivat din original pe 8 iunie 2009.
  19. ↑ Lucrările științifice ale lui James Prescott Joule / Joule,.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Site-uri tematice
Dicționare și enciclopedii
Genealogie și necropole