Joel, James

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 24 juni 2022; kontroller kräver 9 redigeringar .
James Prescott Joule
James Prescott Joule
Födelsedatum 24 december 1818( 1818-12-24 ) [1] [2] [3] […]
Födelseort
Dödsdatum 11 oktober 1889( 1889-10-11 ) [1] [2] [3] […] (70 år)
En plats för döden Försäljning (Stor Manchester) , Cheshire , England , Storbritannien
Land
Vetenskaplig sfär fysik
Alma mater
Utmärkelser och priser Royal Medal (1852),
Copley Medal (1866),
Albert Medal (Royal Society of Arts) (1880)
 Mediafiler på Wikimedia Commons

James Prescott Joule ( eng.  James Prescott Joule ; 24 december 1818 , Salford , Lancashire , England , Storbritannien  - 11 oktober 1889 , Sale , Cheshire , England , Storbritannien ) är en engelsk fysiker som gjorde ett betydande bidrag till utvecklingen av termodynamiken . Han underbyggde lagen om bevarande av energi på experiment . Fastställde lagen som bestämmer den termiska effekten av elektrisk ström . Han beräknade rörelsehastigheten för gasmolekyler och fastställde dess beroende av temperatur .

Han studerade experimentellt och teoretiskt värmens natur och upptäckte dess samband med mekaniskt arbete, som ett resultat av vilket han, nästan samtidigt med Mayer , kom till begreppet universellt bevarande av energi , vilket i sin tur gav formuleringen av den första termodynamikens lag . Han arbetade med Thomson på den absoluta temperaturskalan, beskrev fenomenet magnetostriktion , upptäckte sambandet mellan strömmen som flyter genom en ledare med ett visst motstånd och mängden värme som frigörs samtidigt ( Joule-Lenz-lagen ). Han gav ett betydande bidrag till tekniken för fysiska experiment, förbättrade utformningen av många mätinstrument.

Måttenheten för energi, joulen , är uppkallad efter joulen .

Biografi

Född i familjen till en förmögen ägare av ett bryggeri i Salford nära Manchester , utbildades han hemma , dessutom under flera år var hans lärare i elementär matematik , början av kemi och fysik Dalton [5] . Från 1833 (från 15 års ålder) arbetade han på ett bryggeri, och parallellt med utbildning (upp till 16 år) och vetenskap, fram till 1854 deltog han i ledningen av företaget, tills det såldes [6] .

Han började sina första experimentella studier redan 1837, och blev intresserad av möjligheten att ersätta ångmaskiner i ett bryggeri med elektriska. År 1838 publicerade Davies ( eng.  John Davies ), vars nära vän var uppfinnaren av elmotorn Sturgeon , på rekommendation av en av hans lärare det första arbetet om elektricitet i den vetenskapliga tidskriften Annals of Electricity , organiserad året innan av Sturgeon, arbetet ägnades åt enheten av en elektromagnetisk motor. 1840 upptäckte han effekten av magnetisk mättnad under magnetiseringen av ferromagneter [5] , och under åren 1840-1845 studerade han experimentellt elektromagnetiska fenomen.

När han letade efter de bästa sätten att mäta elektriska strömmar upptäckte James Joule 1841 lagen uppkallad efter honom, som fastställer ett kvadratiskt förhållande mellan strömstyrkan och mängden värme som frigörs av denna ström i ledaren (i rysk litteratur verkar det som Joule-Lenz lag , eftersom denna lag 1842 självständigt upptäcktes av den ryske fysikern Lenz ). Upptäckten uppskattades inte av Royal Society of London , och arbetet publicerades endast i tidskriften Manchester Literary and Philosophical Society ( eng.  Manchester Literary and Philosophical Society ) [5] .

1840 flyttade Sturgeon till Manchester och ledde Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science , en  kommersiell utställning och utbildningsinstitution, där han 1841 bjöd in Joule som den första föreläsaren.

I arbetet i början av 1840-talet undersökte han frågan om den ekonomiska genomförbarheten av elektromagnetiska motorer, först trodde han att elektromagneter kunde vara en källa till en obegränsad mängd mekaniskt arbete, men han blev snart övertygad om att ur praktisk synvinkel , den tidens ångmaskiner var mer effektiva [7] , och publicerade 1841 slutsatser om att effektiviteten för en "ideal" elektromagnetisk motor per pund zink (används i batterier) bara är 20% av verkningsgraden för en ångmaskin per pund av kol brann, utan att dölja besvikelsen [8] .

År 1842 upptäcker och beskriver han fenomenet magnetostriktion , som består i en förändring i storleken och volymen av en kropp med en förändring i dess magnetiseringstillstånd . År 1843 formulerar och publicerar han de slutliga resultaten av arbetet med studier av värmeavgivning i ledare, i synnerhet visar han experimentellt att den frigjorda värmen inte på något sätt tas från miljön, vilket oåterkalleligt motbevisade teorin om kalori , vars anhängare fanns fortfarande kvar på den tiden. Samma år började han intressera sig för det allmänna problemet med det kvantitativa förhållandet mellan de olika krafterna som leder till frigöring av värme, och efter att ha kommit till slutsatsen att Mayer ( 1842 ) förutspådde förekomsten av ett visst förhållande mellan arbete och mängd värme, letade han efter ett numeriskt samband mellan dessa storheter - den mekaniska motsvarigheten till värme . Under åren 1843-1850 genomför han en serie experiment, som kontinuerligt förbättrar den experimentella tekniken och varje gång bekräftar principen om energibevarande med kvantitativa resultat .

År 1844 flyttade familjen Joule till ett nytt hem i Whalley Range , där ett  bekvämt laboratorium inrättades för James [8] . 1847 gifte han sig med Amelia Grimes, de fick snart en son och en dotter, 1854 dog Amelia Joule [8] .

År 1847 träffade han Thomson , som uppskattade Joules experimentella teknik, och som han därefter samarbetade fruktbart med, till stor del under inflytande av Joule, bildades också Thomsons idéer om frågor om molekylär kinetisk teori [9] . I det allra första gemensamma arbetet skapar Thomson och Joule en termodynamisk temperaturskala .

1848 , för att förklara de termiska effekterna med ökande tryck , föreslog han en modell av gas som består av mikroskopiska elastiska kulor, vars kollision med kärlets väggar skapar tryck, och ger en uppskattning av vätgas hastighet " elastiska bollar” på ca 1850 m/s. På rekommendation av Clausius publicerades detta arbete i The Philosophical Transactions of the Royal Society , och även om allvarliga brister senare avslöjades i det [10] , hade det en betydande inverkan på utvecklingen av termodynamiken , i synnerhet, ideologiskt ekar arbetet av van der Waals tidigt 1870-tal om Real Gas Modeling .

I slutet av 1840-talet höll Joules arbete på att vinna allmänt erkännande i det vetenskapliga samfundet, och 1850 valdes han till fullvärdig medlem av Royal Society of London [9] .

I verken från 1851, förbättrade han sina teoretiska modeller för att representera värme som rörelsen av elastiska partiklar, beräknade han teoretiskt värmekapaciteten hos vissa gaser ganska exakt [11] . År 1852 upptäcker, mäter och beskriver han i en serie gemensamma arbeten med Thomson effekten av en förändring i gastemperaturen under adiabatisk strypning , känd som Joule-Thomson-effekten, som senare blev en av de viktigaste metoderna för att uppnå ultralåga temperaturer, därigenom bidra till framväxten av lågtemperaturfysik som en gren av naturvetenskapen.

På 1850-talet publicerade han en stor serie artiklar om förbättring av elektriska mätningar, som erbjuder design för voltmetrar , galvanometrar och amperetrar som ger hög mätnoggrannhet; I allmänhet, under hela sin vetenskapliga praktik, ägnade Joule stor uppmärksamhet åt experimentella tekniker som gjorde det möjligt att få mycket exakta resultat.

År 1859 utforskar han de termodynamiska egenskaperna hos fasta ämnen, mäter den termiska effekten under deformationer, och noterar gummis icke-standardiserade egenskaper i jämförelse med andra material [8] .

På 1860-talet var han intresserad av naturfenomen och erbjöd möjliga förklaringar till naturen hos atmosfäriska åskväder , hägringar och meteoriter .

År 1867 mäter Joule, enligt det schema som Thomson föreslagit, standarden för den mekaniska ekvivalenten av värme för British Scientific Association , men får resultat som skiljer sig från de värden som erhållits från rent mekaniska experiment, men förfiningen av förhållanden för mekaniska experiment bekräftade noggrannheten i Joules mätningar och 1878 reviderades standarden för motstånd [10] .

I de inledande stadierna av sin verksamhet satte Joule upp experiment och utförde forskning uteslutande på egen bekostnad, men efter försäljningen av bryggeriet 1854 försämrades hans ekonomiska situation gradvis, och han var tvungen att använda finansieringen av olika vetenskapliga organisationer, och 1878 beviljades han statspension [10] . Sedan barndomen led han av en sjukdom i ryggraden, och från början av 1870-talet, på grund av dålig hälsa, arbetade han praktiskt taget inte. Han dog 1889.

Mekanisk motsvarighet till värme

Sedan 1843 har Joule letat efter bekräftelse på principen om energibevarande och har försökt beräkna den mekaniska ekvivalenten av värme. I de första experimenten mäter han uppvärmningen av en vätska i vilken en solenoid med en järnkärna är nedsänkt, roterar i en elektromagnets fält , tar mätningar i fall av en stängd och öppen lindning av en elektromagnet, sedan förbättrar han experiment, utesluter manuell rotation och ställer in elektromagneten i verkan genom en fallande last. Baserat på mätresultaten formulerar han relationen [12] [13] :

Mängden värme som kan värma 1 pund vatten 1 grad Fahrenheit är lika med och kan omvandlas till mekanisk kraft som kan höja 838 pund till en vertikal höjd av 1 fot

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Den mängd värme som kan höja temperaturen på ett pund vatten med en grad av Farhenheits skala är lika med och kan omvandlas till en mekanisk kraft som kan höja 838 lb. till en fots vinkelräta höjd.

Resultaten av experimenten publiceras 1843 i artikeln "Om magnetoelektricitetens termiska effekt och värmens mekaniska betydelse" [14] . År 1844 formulerade han den första versionen av lagen om värmekapacitet hos komplexa kristallina kroppar, känd som Joule-Kopp-lagen ( Kopp gav en exakt formulering och slutlig experimentell bekräftelse 1864 ) .

Vidare mäter han i experimentet 1844 värmeavgivningen när en vätska tvingas genom smala rör, 1845 mäter han värmen under gaskompressionen, och i experimentet 1847 jämför han kostnaderna för att rotera omröraren i en vätska med värme som bildas till följd av friktion [5] .

I verken 1847-1850 ger han en ännu mer exakt mekanisk motsvarighet till värme. De använde en metallkalorimeter monterad på en träbänk. Inuti kalorimetern fanns en axel med blad placerade på den. På kalorimeterns sidoväggar fanns rader av plattor som förhindrade rörelsen av vatten, men som inte rörde vid bladen. En tråd med två hängande ändar lindades runt axeln utanför kalorimetern, till vilken vikter fästes. I experimenten mättes mängden värme som frigjordes under axelns rotation på grund av friktion. Denna mängd värme jämfördes med förändringen i lasternas läge och kraften som verkar på dem.

Utvecklingen av värdena för den mekaniska ekvivalenten av värme som erhölls i Joule-experimenten (i fot - pund eller fot-pund-kraft per brittisk termisk enhet ):

Den senare uppskattningen ligger nära de ultraexakta mätningar som gjordes på 1900-talet.

Kämpa för prioritet i upptäckten av lagen om energibevarande

Från 1840-talets andra hälft, på sidorna av den franska vetenskapsakademiens Proceedings ( franska:  Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences ), började en het diskussion mellan Joule och Mayer om prioriteringen i upptäckten av lagen om bevarande av energi för termodynamiska system , och även om Mayers publikation kom ut lite tidigare, togs han, som läkare till yrket, inte på allvar, medan Joule redan fick stöd av stora fysiker, i synnerhet hans rapport om 1847 i British Scientific Association var mycket uppskattad av Faraday , Stokes och Thomson närvarande vid mötet [15] . Timiryazev , som senare övervägde denna diskussion, noterade konsistensen i Mayers argument i kampen mot den "små avundsjuka hos skråforskare" [16] . Helmholtz , som publicerade principen om energibevarande 1847, uppmärksammade Mayers arbete 1851 och erkände öppet dess prioritet 1852.

Nästa omgång av kampen om prioritet ägde rum på 1860-talet, då lagen fick ett allmänt erkännande i vetenskapssamfundet. Tyndall 1862 i en offentlig föreläsning visar Mayers prioritet, och Clausius tar hans ståndpunkt . Taet , känd för sina pro-brittiska patriotiska åsikter, insisterar i en serie publikationer på Joules prioritet, utan att erkänna Mayers verk från 1842 med fysiskt innehåll, Clausius motsätter sig honom, och filosofen Dühring insisterar, samtidigt som han förringar Joule och Helmholtz verk, aktivt insisterar om Mayers prioritet, som på många sätt fungerade som det slutliga erkännandet av Mayers prioritet. [femton]

Igenkänning och minne

År 1850 valdes han till Fellow i Royal Society of London . År 1852 tilldelades han den första kungliga medaljen för sitt arbete med den kvantitativa motsvarigheten till värme . År 1860 valdes han till hederspresident i Manchester Literary and Philosophical Society . 

Han erhöll doktorsexamen från Trinity College Dublin (1857), doktor i civilrätt ( DCL ) från Oxford University (1860), doktor i juridik ( LL.D. ) från Edinburgh University (1871) [17] .  

Joule tilldelades Copley-medaljen 1866 och  Albert - medaljen 1880 . 1878 tilldelades han en livstidspension på 215 pund av regeringen.

1872 och 1877 valdes han två gånger till president för British Scientific Association [18] .

Vid den andra internationella kongressen för elektriker, som ägde rum 1889 - året för Joules död, uppkallades en enhetlig mätenhet för arbete, energi, värmemängd efter honom , för vilken övergångskoefficienten mellan mekaniskt arbete och värme ( mekanisk) motsvarande värme ) krävdes inte , vilket blev en av de härledda enheterna SI med eget namn.

I Manchester City Hall finns ett monument över Joel av skulptören Alfred Gilbert , mittemot monumentet till Dalton . 

1970 döpte International Astronomical Union en krater på månens bortre sida efter James Joule .

Bibliografi

Publicerade 97 vetenskapliga artiklar, varav cirka 20 skrevs tillsammans med Thomson och Lyon Plafair; de flesta av samarbetena relaterar till tillämpningen av den mekaniska teorin om värme på teorin om gaser, molekylär fysik och akustik . En betydande del av arbetet ägnas åt förbättring av experiment- och mätutrustning. Verken samlades i en tvåvolymsupplaga publicerad av Physical Society i London 1884-1887) och översattes till tyska 1872 av Hermann Sprengel [19] .

Huvudverk:

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Encyclopædia Britannica 
  2. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Brockhaus Encyclopedia  (tyskt) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Grup Enciclopedia Catalana , 1968.
  4. ↑ www.accademiadellescienze.it  (italienska)
  5. ↑ 1 2 3 4 Golin, Filonovich, 1989 , sid. 382.
  6. ↑ Joulefabrikens ölmärke finns fortfarande kvar i början av 2000-talet, Joules berättelse . Joules bryggeri. Hämtad 10 maj 2013. Arkiverad från originalet 13 maj 2013.
  7. ↑ Golin, Filonovich, 1989 , sid. 381-382.
  8. ↑ 1 2 3 4 Glazebrook, RT Joule, James Prescott (DNB00) // Dictionary of National Biography . - 1885-1900. — Vol. trettio.
  9. ↑ 1 2 Golin, Filonovich, 1989 , sid. 383.
  10. ↑ 1 2 3 Golin, Filonovich, 1989 , sid. 384.
  11. ↑ Joule James Prescott // Debtor - Eucalyptus. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1972. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / chefredaktör A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 8).
  12. ↑ 100 stora vetenskapliga upptäckter / D.K. Samin. - M . : Veche, 2002. - S. 90-93. — 480 s. — 25 000 exemplar.  — ISBN 5-7838-1085-1 .
  13. ↑ Donald S. L. Cardwell. James Joule: En biografi . - Manchester University Press, 1991. - S. 57. - 333 sid. - ISBN 0-7190-3479-5 .
  14. ↑ Joule, JP Om magnetoelektricitets värmeeffekter och om värmens mekaniska värde  //  Philosophical Magazine, Series 3: journal. - 1843. - Vol. 23 . - S. 263-276 .
  15. ↑ 1 2 Spassky, B.I. §45. Upptäckten av energisparlagen // Fysikens historia. - 2:a. - M . : Högre skola, 1977. - T. I. - S. 308-316. — 320 s.
  16. ↑ Kudryavtsev P.S. Kurs i fysikens historia . — 2:a uppl., rättad. och ytterligare - M . : Utbildning, 1982. - 448 sid.
  17. ↑ I Storbritannien är doktorsexamen i juridik den högsta doktorsexamen som tilldelas på grundval av en summa av avancerad forskning. Delas också ofta ut för meriter på den offentliga arenan (ofta inom politik och rättvisa)
  18. ↑ James Prescott Joule - Runt om världen online-uppslagsverk . Hämtad 10 november 2009. Arkiverad från originalet 8 juni 2009.
  19. ↑ The Scientific Papers of James Prescott Joule / Joule,.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol