Wahrscheinlich gibt es niemanden, der den Namen James Joel nicht kennt. Die Entdeckungen dieses Physikers werden auf der ganzen Welt genutzt. Welchen Weg hat der Wissenschaftler eingeschlagen? Welche Entdeckungen hat er gemacht?
Das Leben eines herausragenden Physikers
James Joule wurde am 24. Dezember 1818 geboren. Die Biografie des angehenden Physikers beginnt im englischen Salford, in der Familie eines erfolgreichen Brauereibesitzers. Die Ausbildung des Jungen fand zu Hause statt, einige Zeit wurde er von John D alton in Physik und Chemie unterrichtet. Dank ihm verliebte sich der englische Physiker in die Wissenschaft.
Joule hatte keine gute Gesundheit, er verbrachte viel Zeit zu Hause und führte physikalische Experimente und Experimente durch. Bereits im Alter von 15 Jahren musste er aufgrund der Krankheit seines Vaters mit seinem Bruder die Brauerei führen. Die Arbeit in der Fabrik seines Vaters gab ihm keine Möglichkeit, zur Universität zu gehen, also widmete sich James Joule ganz seinem Heimlabor.
Von 1838 bis 1847 beschäftigte sich der Physiker aktiv mit Elektrizität und machte seine ersten wissenschaftlichen Fortschritte. In den Annals of Electricity veröffentlichte er einen Artikel über Elektrizität und entdeckte 1841 ein neues physikalisches Gesetz, das heute seinen Namen trägt.
1847 ging Joule seine erste und einzige Ehe mit Amelia Grimes ein. Bald haben sieAlice Amelia und Benjamin Arthur werden geboren. 1854 starben seine Frau und sein Sohn. Joule selbst stirbt 1889 in England, in der Stadt Sale.
Im Laufe seines Lebens veröffentlichte er etwa 97 Arbeiten in Physik, einige davon gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern: Lyon, Thomson usw. Für herausragende wissenschaftliche Leistungen und entdeckte Gesetze der Physik wurde er mit mehreren Medaillen ausgezeichnet und erhielt u. a lebenslange Rente der britischen Regierung in Höhe von etwa 200 Pfund.
Erste Arbeiten und Experimente
Als James Joule die Dampfmaschinen in der Brauerei seines Vaters beobachtete, beschloss er, sie aus Effizienzgründen durch elektrische zu ersetzen. 1838 veröffentlichte er einen Artikel in einer wissenschaftlichen Zeitschrift, in dem er das von ihm erfundene Gerät eines elektromagnetischen Motors beschreibt. 1840 tauchten in der Brauerei neue Elektromotoren auf, und der Physiker untersuchte weiterhin den elektrischen Strom und die Wärmeabgabe. Später stellte sich heraus, dass Dampfmaschinen viel effizienter waren.
Während der Experimente stellt Joule Thermometer her, die die Temperatur mit einer Genauigkeit von 1/200 Grad messen können. Dies ermöglicht ihm, tiefer in die Untersuchung der thermischen Wirkung des Stroms einzutauchen. 1840 entdeckt der Physiker dank weiterer Beobachtungen den Effekt der magnetischen Sättigung. Im selben Jahr schickte er der Royal Scientific Society die Arbeit "Über die Wärmebildung durch elektrischen Strom". Der Artikel wurde nicht bewertet. Nur das Manchester Literary and Philosophical Journal stimmte einer Veröffentlichung zu.
Joule-Lenz-Gesetz
Der von der London Scientific Society nicht anerkannte Artikel stellte sich später als einer der wichtigsten herausErrungenschaften des Wissenschaftlers. In dem Artikel sprach James Joule über die Beziehung zwischen Stromstärke und der freigesetzten Wärmemenge. Er argumentierte, dass die im Leiter freigesetzte Wärmemenge direkt proportional zum Widerstand des Leiters, zum Quadrat der Kraft und zur Zeit des Stromdurchgangs ist.
Eine ähnliche Theorie wurde damals von Emilius Lenz entwickelt. Dass die Leitfähigkeit eines Metallleiters von der Temperatur abhängt, wurde bereits 1832 von einem russischen Physiker entdeckt. Um die Temperatur im Leiter genau zu bestimmen, erfand der Wissenschaftler ein spezielles Gefäß, in das Alkohol gegossen wurde. Der Draht, durch den der Strom geleitet wurde, wurde in das Gefäß abgesenkt. Als nächstes wurde verfolgt, wie lange sich der Alkohol erhitzen würde. Joule James Prescott verwendete eine ähnliche Methode, verwendete jedoch Wasser als Flüssigkeit.
Die Ergebnisse langjähriger Forschung veröffentlichte Lenz erst 1843, aber in seinen Schriften gab es genauere wissenschaftliche Begründungen als bei Joule, dessen Werk zunächst gar nicht gedruckt werden wollte. Angesichts des Primats von Joule und der genauen Berechnungen von Emil Lenz entschied man sich, das Gesetz nach beiden zu benennen. Im Laufe der Zeit legte das Joule-Lenz-Gesetz den Grundstein für die Thermodynamik.
Magnetostriktion
Parallel zu den Eigenschaften des elektrischen Stroms untersucht James Joule magnetische Phänomene. 1842 bemerkt er, dass Eisen unter dem Einfluss magnetischer Wellen seine Größe verändert. Bringt man Metallstäbe in ein Magnetfeld, verlängert sich ihre Länge etwas.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft bezweifelte die Existenz jeglicher Entdeckung hier. Die Änderung in der Größe der Stangen warso unbedeutend, dass das menschliche Auge es nicht erfassen könnte. Doch der Physiker entwickelte eine spezielle Technik, mit der er visuelle Beweise erhielt.
Später stellte sich heraus, dass auch andere Metalle diesen Effekt haben, und das Phänomen selbst wurde Magnetostriktion genannt. Nun wurden viele Anwendungen für die Entdeckung des Joule gefunden. Beispielsweise dienen magnetostriktive Metalle als Material eines Wellenleiters zur Messung des Wasserstandes in Tanks. Dieses Phänomen wird auch zur Herstellung von Etiketten in Diebstahlsicherungssystemen verwendet.
Gasexperimente
In den 40er Jahren untersuchte James Joule aktiv die Eigenschaften von Gas, nämlich die Phänomene, die mit seiner Expansion und Kontraktion verbunden sind. Er führte ein Experiment mit der Expansion eines verdünnten Gases durch und bewies dabei, dass seine innere Energie nicht vom Volumen abhängt. Es kommt nur auf die Temperatur des Gases an.
1848 maß Joule zum ersten Mal in der Geschichte der Physik die Geschwindigkeit von Gasmolekülen. Diese Erfahrung war eine frühe Arbeit zur kinetischen Gastheorie und gab Impulse für weitere Forschungen auf diesem Gebiet. Joules Arbeit wurde später von dem Schotten James Maxwell fortgesetzt.
Für einen bedeutenden wissenschaftlichen Beitrag zu Ehren des englischen Physikers wurde die Einheit zur Messung von Arbeit, der Wärme- und Energiemenge Joule benannt.
Joule und Thomson
William Thomson hatte einen großen Einfluss auf Joules Aktivitäten und seine Anerkennung in der wissenschaftlichen Welt. Die Wissenschaftler trafen sich 1847, als Joule der British Association of Scientists einen Bericht über Messungen des mechanischen Wärmeäquivalents vorlegte.
Vor Thomson wurde Joule in wissenschaftlichen Kreisen nicht ernst genommen. Wer weiß, vielleicht hätten wir die von ihm entdeckten physikalischen Gesetze nicht gekannt, wenn William Thomas den „Snobs“der britischen Gemeinde nicht ihre Bedeutung erklärt hätte.
Gemeinsam untersuchten Physiker die Eigenschaften von Gasen und entdeckten, dass Gas während der adiabatischen Drosselung gekühlt wird. Das heißt, die Temperatur des Gases (oder der Flüssigkeit) nimmt während des Durchgangs durch die Öffnung (isoliertes Ventil) ab. Das Phänomen wird als Joule-Thomson-Effekt bezeichnet. Jetzt wird dieses Phänomen genutzt, um niedrige Temperaturen zu erreichen.
Wissenschaftler arbeiteten auch an der thermodynamischen Skala, benannt nach dem Titel von Lord Kelvin, der William Thomson gehörte.
James Joule Geständnis
Ruhm und Anerkennung überfielen den englischen Physiker dennoch. In den 1950er Jahren wurde er Mitglied der Royal Society of London und erhielt die Royal Medal. 1866 erhielt er die Copley-Medaille und später die Albert-Medaille.
Mehrmals wurde Joule Präsident der British Scientific Association. Er wurde von den Universitäten Dublin College, Edinburgh und Oxford zum Doktor der Rechtswissenschaften ernannt.
Es gibt eine Statue zu seinen Ehren in der City Hall in Manchester und ein Denkmal in der Westminster Abbey. Auf der anderen Seite des Mondes befindet sich ein James-Joule-Krater.
Schlussfolgerung
Der berühmte Wissenschaftler, dessen Name den physikalischen Gesetzen und Maßeinheiten gegeben wird, konnte keine Anerkennung erlangen. Dank seinerAusdauer und Arbeit, er machte vor zahlreichen Misserfolgen nicht h alt. Am Ende bewies er das Recht auf seinen Platz unter der Sonne oder zumindest auf einem Mondkrater.
