Вероятно няма човек, който да не знае името Джеймс Джоел. Откритията на този физик се използват в цял свят. Какъв път е поел ученият? Какви открития направи той?
Животът на изключителен физик
Джеймс Джоул е роден на 24 декември 1818 г. Биографията на бъдещия физик започва в английския град Салфорд, в семейството на успешен собственик на пивоварна. Образованието на момчето се провежда у дома, известно време го преподават физика и химия от Джон Далтън. Благодарение на него английският физик се влюби в науката.
Джоул нямаше добро здраве, той прекарваше много време у дома, провеждайки физически експерименти и експерименти. Още на 15-годишна възраст, поради болестта на баща си, той трябва да управлява пивоварната с брат си. Работата във фабриката на баща му не му дава възможност да отиде в университет, така че Джеймс Джоул се посвети изцяло на домашната си лаборатория.
От 1838 до 1847 г. физикът активно изучава електричеството и прави първия си научен напредък. В Annals of Electricity той публикува статия за електричеството и през 1841 г. открива нов физически закон, който сега носи неговото име.
През 1847 г. Джоул сключва първия си и единствен брак с Амелия Граймс. Скоро иматРаждат се Алис Амелия и Бенджамин Артър. През 1854 г. умират съпругата и синът му. Самият Джоул умира през 1889 г. в Англия, в град Сейл.
През целия си живот той публикува около 97 статии по физика, някои от които написани съвместно с други учени: Лион, Томсън и др. За изключителни научни постижения и открити закони на физиката той е награден с няколко медала и получава доживотна пенсия от правителството на Обединеното кралство в размер на около 200 паунда.
Първи работи и експерименти
Докато наблюдавал парните машини в пивоварната на баща си, Джеймс Джоул решил да ги замени с електрически за ефективност. През 1838 г. той публикува статия в научно списание, в която описва устройството на изобретения от него електромагнитен двигател. През 1840 г. в пивоварната се появяват нови електрически двигатели и физикът продължава да изучава електрически ток и отделяне на топлина. По-късно се оказа, че парните машини са много по-ефективни.
По време на експериментите Joule създава термометри, които могат да измерват температурата с точност от 1/200 градуса. Това му позволява да се задълбочи в изследването на топлинния ефект на тока. През 1840 г., благодарение на допълнителни наблюдения, физикът открива ефекта на магнитното насищане. През същата година той изпраща на Кралското научно дружество работата „За образуването на топлина с помощта на електрически ток“. Статията не беше оценена. Само Manchester Literary and Philosophical Journal се съгласи да го публикува.
Закон на Джоул-Ленц
Непризната от Лондонското научно дружество, статията по-късно се оказа една от основнитепостиженията на учения. В статията Джеймс Джоул говори за връзката между силата на тока и количеството отделена топлина. Той твърди, че количеството топлина, което се отделя в проводника, е право пропорционално на съпротивлението на проводника, квадрата на силата и времето на преминаване на тока.
По това време подобна теория е разработена от Емилиус Ленц. Фактът, че проводимостта на метален проводник зависи от температурата, е открит от руски физик още през 1832 г. За да определи точно температурата в проводника, ученият изобретява специален съд, в който се излива алкохол. Проводникът, през който се пропускаше токът, беше спуснат в съда. След това се проследяваше колко дълго ще се нагрява алкохолът. Джоул Джеймс Прескот използва подобен метод, но използва вода като течност.
Резултатите от многогодишни изследвания Ленц публикува едва през 1843 г., но в неговите писания имаше по-точни научни обосновки от тези на Джоул, чиято работа в началото дори не искаше да бъде отпечатана. Като се има предвид първенството на Джаул и точните изчисления на Емил Ленц, беше решено законът да бъде наречен и на двамата. С течение на времето законът на Джоул-Ленц положи основите на термодинамиката.
Магнитострикция
Успоредно със свойствата на електрическия ток, Джеймс Джоул изучава магнитните явления. През 1842 г. той забелязва, че желязото променя размера си под въздействието на магнитни вълни. Ако металните пръти се поставят в магнитно поле, тяхната дължина ще стане малко по-дълга.
Научната общност се съмнява в съществуването на каквото и да е откритие тук. Промяната в размера на пръчките бешетолкова незначителен, че човешкото око не можеше да го улови. Но физикът разработва специална техника, с която получава визуални доказателства.
По-късно се оказа, че други метали също имат този ефект, а самото явление се нарича магнитострикция. Сега са намерени много приложения за откриването на джаула. Например, магнитострикционните метали служат като материал за вълновод за измерване на нивото на водата в резервоарите. Този феномен се използва и за създаване на етикети в системи против кражба.
Експерименти с газ
През 40-те години Джеймс Джоул активно изучава свойствата на газа, а именно явленията, свързани с неговото разширяване и свиване. Той проведе експеримент с разширяването на разреден газ, като същевременно доказа, че неговата вътрешна енергия не зависи от обема. Само температурата на газа има значение.
През 1848 г. Джаул измерва скоростта на газовите молекули за първи път в историята на физиката. Този опит беше ранна работа върху кинетичната теория на газовете, давайки тласък на по-нататъшни изследвания в тази област. По-късно работата на Джоул е продължена от шотландеца Джеймс Максуел.
За значителен научен принос в чест на английския физик, единицата за измерване на работа, количество топлина и енергия, джаул, е наречена.
Джоул и Томсън
Уилям Томсън имаше огромно влияние върху дейността на Джоул и неговото признание в научния свят. Учените се срещат през 1847 г., когато Джоул представя доклад за измерванията на механичния еквивалент на топлина на Британската асоциация на учените.
Преди Томсън Джоул не беше приеман сериозно в научните кръгове. Кой знае, може би нямаше да знаем законите на физиката, които той открива, ако Уилям Томас не беше обяснил важността им на „снобите“на британската общност.
Заедно физиците изследваха свойствата на газовете, откривайки, че газът се охлажда по време на адиабатно дроселиране. Тоест температурата на газа (или течността) намалява по време на преминаване през отвора (изолиран клапан). Явлението се нарича ефект на Джаул-Томсън. Сега това явление се използва за получаване на ниски температури.
Учените са работили и върху термодинамичната скала, кръстена на титлата на лорд Келвин, която е принадлежала на Уилям Томсън.
признание на Джеймс Джоул
Слава и признание все още завладяха английския физик. През 50-те години на миналия век той става член на Лондонското кралско общество и е награден с Кралския медал. През 1866 г. получава медала на Копли, а по-късно и медала на Алберт.
Няколко пъти Джаул става президент на Британската научна асоциация. Той е удостоен с докторска степен по право от Дъблинския колеж, Единбургския и Оксфордския университет.
Има статуя в негова чест в кметството в Манчестър и мемориал в Уестминстърското абатство. От другата страна на Луната има кратер Джеймс Джоул.
Заключение
Известният учен, чието име е дадено на законите на физиката и мерните единици, не можа да постигне признание. Благодарение на неговитепостоянство и работа, той не спря пред многобройни неуспехи. В крайна сметка той доказа правото си на мястото си под слънцето или поне на лунен кратер.
