Джеймс Джоуль біографія, наукові відкриття
Напевно, не існує людини, яка не знає імені Джеймса Джоуля. Відкриття цього фізика застосовують у всьому світі. Який шлях пройшов вчений? Які відкриття він зробив?
Життя видатного фізика
Джоуль не мав міцного здоров'я, багато часу він просиджував вдома, проводячи фізичні досліди та експерименти. Вже у 15 років, через хворобу батька, йому довелося керувати пивоварнею разом із братом. Робота на батьківському заводі не давала можливості вступити до університету, тому Джеймс Джоуль повністю віддавався домашній лабораторії.
З 1838 по 1847 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 має його ім'я.
У 1847 році Джоуль укладає перший та єдиний шлюб з Амелією Граймс. Незабаром у них народжуються Еліс Амелія та Бенджамін Артур. У 1854 році дружина та син гинуть. Сам Джоуль помирає 1889 року в Англії, у місті Сейлі.
За все своє життя він публікує близько 97 робіт з фізики, деякі з них написані спільно з іншими вченими: Лайоном, Томсоном і т.д. близько 200 фунтів.
Перші роботи та експерименти
Спостерігаючи за паровими двигунами на пивоварні батька, Джеймс Джоуль вирішив замінити їх електричними для ефективності роботи. В 1838 він публікує в науковому журналі статтю, в якій розписує пристрій придуманого ним електромагнітного двигуна. У 1840 році на броварні з'являються нові електричні двигуни, а фізик продовжуєвивчення електричного струму та виділення теплоти. Пізніше виявилося, що парові двигуни були набагато ефективнішими.
В ході експериментів Джоуль створює термометри, здатні вимірювати температуру з точністю до 1/200 градуса. Це дозволяє йому заглибитись у вивчення теплового ефекту струму. У 1840 році, завдяки подальшим спостереженням, фізик виявляє ефект магнітного насичення. Цього ж року він надсилає до Королівського наукового товариства роботу «Про утворення теплоти за допомогою електричного струму». Статтю не оцінили. Опублікувати її погодився лише манчестерський літературно-філософський журнал.
Закон Джоуля-Ленца
У цей час подібну теорію розробляв Емілій Ленц. Те, що провідність металевого провідника залежить від температури, український фізик виявив ще 1832 року. Для точного визначення температури в провіднику вчений винайшов спеціальну посудину, в яку заливався спирт. Дріт, якою пропускався струм, опускалася в посудину. Далі відстежувалося, за який час спирт нагріється. Джоуль Джеймс Прескотт використовував схожий метод, тільки як рідина використовував воду.
Магнітострикція
Паралельно із властивостями електричного струму Джеймс Джоуль вивчає магнітні явища. У 1842 році він зауважує, що залізо змінюється у розмірах під впливом магнітних хвиль. Якщо металеві стрижні помістити в магнітне поле, їхня довжина стане трохи більшою.
Наукове співтовариство сумнівалося у існуванні тут будь-якого відкриття. Зміна розмірів стрижнів була настільки незначною, що людське око не вловлювало його. Але фізик розробив спеціальну техніку, за допомогою якої отримав наочні докази.
Пізніше з'ясувалося, що такий ефект мають і інші.метали, а саме явище назвали магнітострикцією. Наразі для відкриття Джоуля знайшли багато способів застосування. Наприклад, матеріалом хвилеводу для вимірювання рівня води в резервуарах є магнітострикційні метали. Це використовують і виготовлення міток в антикражових системах.
Експерименти із газом
У 40-х роках Джеймс Джоуль активно вивчає властивості газу, а саме явища, пов'язані з його розширенням та стисненням. Він проводив досвід із розширенням розрядженого газу, доводячи при цьому, що його внутрішня енергія не залежить від обсягу. Важлива лише температура газу.
В 1848 Джоуль вперше в історії фізики виміряв швидкість молекул газу. Даний досвід став ранньою роботою про кінетичну теорію газів, давши поштовх для подальших досліджень у цій галузі. Роботу Джоуля пізніше продовжив шотландець Джеймс Максвелл.
За значний науковий внесок на честь англійського фізика було названо одиницю виміру роботи, кількості теплоти та енергії – Джоуль.
Джоуль та Томсон
Величезний вплив на діяльність Джоуля та його визнання у науковому світі надав Вільям Томсон. Вчені познайомилися у 1847 році, коли Джоуль представляв Британській асоціації вчених доповідь про вимірювання механічного еквівалента теплоти.
До Томсона Джоуля не сприймали серйозно у наукових колах. Хто знає, можливо, ми й не дізналися б відкриті їм закони фізики, якби Вільям Томас не пояснив їхньої важливості «снобам» британської спільноти.
Разом фізики вивчали властивості газів, відкривши, що з 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 дляодержання низьких температур.
Вчені також займалися термодинамічною шкалою, названою на честь титулу лорда Кельвіна, який належав Вільяму Томсону.
Визнання Джеймса Джоуля
Слава і визнання все ж таки наздогнали англійського фізика. У 50-х роках XIX століття він стає членом Лондонського королівського товариства та нагороджується Королівською медаллю. У 1866 році він отримує медаль Коплі, а потім медаль Альберта.
Кілька разів Джоуль став президентом Британської наукової асоціації. Йому було присуджено наукові ступені доктора права в дублінському коледжі, Единбурзькому та Оксфордському університетах.
На його честь встановлено статую в будівлі муніципалітету в Манчестері та меморіал у Вестмінстерському абатстві. На звороті Місяця існує кратер Джеймса Джоуля.
Висновок
Знаменитий учений, іменем якого названі закони фізики та одиниці виміру, міг би і не досягти визнання. Завдяки своїй завзятості та праці він не зупинявся перед численними відмовими. Зрештою, він довів право на своє місце під сонцем або хоча б на місячному кратері.