Джеймс Джоун: биография, научни открития

Вероятно няма човек, който да не знае името Джеймс Джоуле. Разкритията на този физик се използват по целия свят. Какъв е пътят на учения? Какви открития е направил той?

Животът на изключителен физик

На 24 декември 1818 г. се ражда Джеймс Джоуле. Биография на бъдещата физика започва в английския град Салфорд, в семейството на успешен собственик на пивоварната. Обучението на момчето се провеждаше у дома, за известно време той преподаваше физика и химия Джон Далтън. Благодарение на него един английски физик обичаше науката.

Джаул не е имал добро здраве, прекарвал е много време у дома, прави физически експерименти и експерименти. Още на 15 години, поради болестта на баща си, той трябваше да управлява пивоварната с брат си. Работата в фабриката на баща му не му даваше възможност да влезе в университета, така че Джеймс Дъул беше изцяло посветен на домашната лаборатория.

От 1838 до 1847 физикът активно изучава електроенергията и прави първите си научни постижения. В списанието Annals of Electricity публикува статията за електричеството и през 1841 г. открива нов физически закон, който сега носи неговото име.

През 1847 г. Джоел сключва първия и единствен брак с Амелия Гриймс. Скоро се раждат Алис Амелия и Бенджамин Артър. През 1854 г. съпругата и синът са били убити. Самият Джаул умира през 1889 г. в Англия, в град Sale.

През целия си живот той публикува около 97 статии по физика, някои от тях са написани в сътрудничество с други учени: .. Лион, Thomson и т.н., за изключителни научни постижения и да се открие законите на физиката, той бе удостоен с няколко медала и получи доживотна пенсия от британското правителство в размер на около 200 паунда.

Първите работи и експерименти

Гледайки парните двигатели в пивоварната на баща си, Джеймс Джоуле реши да ги замени с електрически за ефективност. През 1838 г. той публикува в академично списание статия, в която описва устройството на електромагнитния двигател, който той изобретил. През 1840 г. се появяват нови електродвигатели в пивоварната, а физикът продължава да изучава електрическия ток и отделянето на топлина. По-късно се оказа, че парните двигатели са много по-ефективни.

В хода на експериментите Джеул създава термометри, които са в състояние да измерват температурата с точност до 1/200 градуса. Това му позволява да отиде по-дълбоко в изследването на топлинния ефект на тока. През 1840 г., благодарение на по-нататъшните наблюдения, физикът открива ефекта на магнитната насищане. През същата година изпраща на Кралското научно дружество работата "За образуването на топлина от електрически ток". Статията не беше оценена. Само литературното и философското списание на Манчестър се съгласило да го публикува.

Закон на Джаул Ленц

Неразпознато от Лондонското научно дружество, статията по-късно се оказа една от основните постижения на учения. В статията Джеймс Джоул говори за връзката между силата на тока и количеството освободена топлина. Той твърди това количество топлина, която е разпределена в проводника, е пряко пропорционална на съпротивлението на проводника, квадрата на силата и времето на преминаване на тока.

По това време подобна теория е разработена от Емили Ленц. Фактът, че проводимостта на металния проводник зависи от температурата, руският физик открива още през 1832 г. За да определи точно температурата в проводника, ученият изобретил специален съд, в който се излива алкохол. Проводникът, през който минаваше токът, се спуска в съда. След това се наблюдаваше колко дълго ще се нагрява алкохолът. Джоел Джеймс Пресът използвал подобен метод, използвал само вода като течност.

Резултатите от години на изследвания Ленц публикувани само през 1843 г., но работата му е по-точни научни изследвания, отколкото Joule, работата, която в началото дори не искате да отпечатате. Като се има предвид превъзходството на Джаул и точните изчисления на Емили Ленц, беше решено името на закона да бъде обявено в чест и на двете. С течение на времето, законът на Joule-Lentz положи основите на термодинамиката.

магнитострикция

Успоредно с електрическите токови свойства, проучванията на Джеймс Дъул магнитни явления. През 1842 г. отбелязва, че желязото варира по размер под въздействието на магнитни вълни. Ако металните пръчки са поставени в магнитно поле, тяхната дължина ще стане малко по-голяма.

Научната общност се съмняваше в съществуването на някакво откритие. Промяната в размера на пръчките беше толкова незначителна, че човешкото око не го хвана. Но физикът развива специална техника, чрез която получава визуални доказателства.

По-късно се установи, че други метали притежават този ефект, а самият феномен се нарича магнитострикция. Сега за откриването на Джоуле са открили много начини за използване. Например, магнитостриктивните метали служат като материал на вълноводното устройство за измерване нивото на водата в резервоарите. Този феномен се използва и за маркиране в системи против кражби.

Експерименти с газ

През 40-те години Джеймс Джоуле активно изучаваше свойствата на газа, а именно феномените, свързани с разширяването и свиването му. Той проведе експеримента с разширяването на изхвърления газ, доказвайки, че неговият вътрешна енергия не зависи от обема. Само температурата на газа е важна.

През 1848 година Джоел за първи път в история на физиката измерва скоростта на газовите молекули. Този опит стана ранна работа по кинетичната теория на газовете, даваща импулс за по-нататъшни изследвания в тази област. Работата на Жуле по-късно бе продължена от шотландеца Джеймс Максуел.

За значителен научен принос в чест на английския физик, беше избрана единицата за измерване на работата, количеството топлина и енергия - Joule.

Джоуле и Томсън

Огромно влияние върху дейността на Джаул и признаването му в научния свят е направено от Уилям Томсън. Учените се срещнаха през 1847 г., когато Джаул представи на Британската асоциация на учените доклад за измерванията на механичния еквивалент на топлината.

Докато Thomson Joule не беше взет сериозно в научната общност. Кой знае, може би не бихме научили законите на физиката, открити от него, ако Уилям Томас не обясни тяхното значение на "снопите" на британската общност.

Заедно физиците са изследвали свойствата на газовете, като са открили, че при адиабатичното дроселиране на газа се охлажда. Тоест температурата на газа (или течността) намалява по време на преминаване през дросела (изолиран клапан). Феноменът се нарича ефектът на джаул-томсън. Сега това явление се използва за получаване на ниски температури.

Учените също се занимават с термодинамичния мащаб, кръстен на името на лорд Келвин, който принадлежи на Уилям Томсън.

Признаване на Джеймс Джоунс

Славата и признанието все пак превъзхождат английския физик. През петдесетте години на XIX век той става член на Кралското дружество в Лондон и награждава Кралския медал. През 1866 г. получава медал "Копли", а след това и медал Алберт.

Няколко пъти Джоел става председател на Британската научна асоциация. Той е удостоен с докторска степен на доктор по право в Дъблин Колидж, Единбург и Оксфордския университет.

В негова чест има статуя в Общинската сграда в Манчестър и паметник в Уестминстърското абатство. От другата страна на Луната има кратер на Джеймс Джоунс.

заключение

Известният учен, чието име се нарича законите на физиката и мерните единици, не може да постигне признание. Благодарение на своята упоритост и упорита работа, той не се спря на множество неуспехи. В крайна сметка той доказа правото си на мястото си под слънцето или поне на лунния кратер.