Joel, James

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. června 2022; kontroly vyžadují 9 úprav .
James Prescott Joule
James Prescott Joule
Datum narození 24. prosince 1818( 1818-12-24 ) [1] [2] [3] […]
Místo narození
Datum úmrtí 11. října 1889( 1889-10-11 ) [1] [2] [3] […] (ve věku 70 let)
Místo smrti Prodej (Greater Manchester) , Cheshire , Anglie , Velká Británie
Země
Vědecká sféra fyzika
Alma mater
Ocenění a ceny Royal Medal (1852),
Copley Medal (1866),
Albert Medal (Royal Society of Arts) (1880)
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

James Prescott Joule ( Eng.  James Prescott Joule ; 24. prosince 1818 , Salford , Lancashire , Anglie , Velká Británie  – 11. října 1889 , Sale , Cheshire , Anglie , Velká Británie ) je anglický fyzik , který významně přispěl k rozvoji termodynamiky . . Na experimentech doložil zákon zachování energie . Zaveden zákon, který určuje tepelný účinek elektrického proudu . Vypočítal rychlost pohybu molekul plynu a stanovil její závislost na teplotě .

Experimentálně a teoreticky studoval povahu tepla a objevil jeho spojení s mechanickou prací, v důsledku čehož téměř současně s Mayerem dospěl ke konceptu univerzálního zachování energie , který zase poskytl formulaci prvního zákon termodynamiky . Pracoval s Thomsonem na absolutní teplotní stupnici, popsal jev magnetostrikce , objevil souvislost mezi proudem procházejícím vodičem s určitým odporem a množstvím současně uvolněného tepla ( Jouleův-Lenzův zákon ). Významně přispěl k technice fyzikálního experimentu, zdokonalil konstrukci mnoha měřicích přístrojů.

Jednotka měření energie, joule , je pojmenována po Joule .

Životopis

Narodil se v rodině bohatého majitele pivovaru v Salfordu u Manchesteru , vzdělával se doma , navíc několik let byl jeho učitelem elementární matematiky , počátky chemie a fyziky byl Dalton [5] . Od roku 1833 (od 15 let) pracoval v pivovaru a souběžně se vzděláním (do 16 let) a vědou se do roku 1854 podílel na řízení podniku, dokud nebyl prodán [6] .

S prvními experimentálními studiemi začal již v roce 1837 a začal se zajímat o možnost výměny parních strojů v pivovaru za elektrické. V roce 1838 na doporučení jednoho ze svých učitelů Davies ( Eng.  John Davies ), jehož blízkým přítelem byl vynálezce elektromotoru Sturgeon , publikoval první práci o elektřině ve vědeckém časopise Annals of Electricity , pořádaném o rok dříve Sturgeon, práce byla věnována zařízení elektromagnetického motoru. V roce 1840 objevil vliv magnetické saturace při magnetizaci feromagnetik [5] , v letech 1840-1845 experimentálně studoval elektromagnetické jevy.

Při hledání nejlepších způsobů měření elektrických proudů objevil James Joule v roce 1841 po něm pojmenovaný zákon, který zakládá kvadratický vztah mezi silou proudu a množstvím tepla uvolněného tímto proudem ve vodiči (v ruské literatuře se objevuje jako Joule-Lenzův zákon , protože v roce 1842 nezávisle tento zákon objevil ruský fyzik Lenz ). Objev nebyl oceněn Royal Society of London a práce byla publikována pouze v periodickém časopise Manchester Literary and Philosophical Society ( angl.  Manchester Literary and Philosophical Society ) [5] .

V roce 1840 se Sturgeon přestěhoval do Manchesteru a vedl Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science , komerční výstavní a  vzdělávací instituci, kam v roce 1841 pozval Joule jako prvního lektora.

V dílech z počátku 40. let 19. století zkoumal otázku ekonomické proveditelnosti elektromagnetických motorů, nejprve věřil, že elektromagnety mohou být zdrojem neomezeného množství mechanické práce, ale brzy se přesvědčil, že z praktického hlediska , parní stroje té doby byly efektivnější [7] , publikující v roce 1841 závěry, že účinnost „ideálního“ elektromagnetického motoru na libru zinku (použitého v bateriích) je pouze 20 % účinnosti parního stroje na libru zinku. uhlí spáleno, aniž by skrývalo zklamání [8] .

V roce 1842 objevuje a popisuje fenomén magnetostrikce , který spočívá ve změně velikosti a objemu tělesa se změnou jeho stavu magnetizace . V roce 1843 formuluje a publikuje konečné výsledky prací o studiu uvolňování tepla ve vodičích, zejména experimentálně ukazuje, že uvolněné teplo není v žádném případě odebíráno z prostředí, což nenávratně vyvrátilo teorii kalorického , jejíž zastánci v té době ještě zůstal. V témže roce se začal zajímat o obecný problém kvantitativního vztahu mezi různými silami vedoucími k uvolňování tepla, a když dospěl k závěru, že Mayer ( 1842 ) předpověděl existenci určitého vztahu mezi prací a množství tepla, hledal mezi těmito veličinami číselný vztah – mechanický ekvivalent tepla . Během let 1843-1850 provádí řadu experimentů, neustále zdokonaluje experimentální techniku ​​a pokaždé potvrzuje princip zachování energie s kvantitativními výsledky .

V roce 1844 se rodina Jouleových přestěhovala do nového domova ve Whalley Range , kde byla pro Jamese zřízena  pohodlná laboratoř [8] . V roce 1847 se oženil s Amelií Grimes, brzy se jim narodil syn a dcera, v roce 1854 Amelia Joule zemřela [8] .

V roce 1847 se setkal s Thomsonem , který vysoce ocenil Jouleovu experimentální techniku, a s nímž následně plodně spolupracoval, převážně pod vlivem Jouleho se také zformovaly Thomsonovy myšlenky na otázky molekulární kinetické teorie [9] . V úplně prvním společném díle Thomson a Joule vytvářejí termodynamickou teplotní stupnici .

V roce 1848, aby vysvětlil tepelné efekty se zvyšujícím se tlakem , navrhl model plynu sestávající z mikroskopických elastických kuliček, jejichž srážka se stěnami nádoby vytváří tlak a poskytuje odhad rychlosti vodíku. elastické koule“ asi 1850 m/s. Na doporučení Clausia byla tato práce publikována ve Philosophical Transactions of the Royal Society a ačkoliv v ní byly následně odhaleny závažné nedostatky [10] , měla významný dopad na vývoj termodynamiky , zejména ideologicky odráží dílo van der Waals na počátku 70. let 19. století na modelování reálného plynu .

Na konci 40. let 19. století získávala Jouleova práce všeobecné uznání ve vědecké komunitě a v roce 1850 byl zvolen řádným členem Královské společnosti v Londýně [9] .

V pracích z roku 1851, zdokonalující své teoretické modely reprezentace tepla jako pohybu pružných částic, teoreticky poměrně přesně vypočítal tepelnou kapacitu některých plynů [11] . V roce 1852 objevuje, měří a v sérii společných prací s Thomsonem popisuje účinek změny teploty plynu během adiabatického škrcení , známý jako Joule-Thomsonův efekt, který se později stal jednou z hlavních metod pro získání ultranízkých teplot, čímž přispívá ke vzniku fyziky nízkých teplot jako odvětví přírodních věd.

V 50. letech 19. století publikoval velkou sérii článků o zlepšení elektrických měření a nabídl návrhy voltmetrů , galvanometrů a ampérmetrů , které poskytují vysokou přesnost měření; Obecně platí, že během celé své vědecké praxe věnoval Joule značnou pozornost experimentálním technikám, které umožňovaly získat vysoce přesné výsledky.

V roce 1859 zkoumá termodynamické vlastnosti pevných látek, měří tepelný efekt při deformacích a všímá si nestandardních vlastností pryže ve srovnání s jinými materiály [8] .

V 60. letech 19. století se zajímal o přírodní jevy a nabízel možná vysvětlení povahy atmosférických bouřek , přeludů a meteoritů .

V roce 1867 Joule, podle schématu navrženého Thomsonem, měří standard mechanického ekvivalentu tepla pro Britskou vědeckou asociaci , ale získává výsledky, které se liší od hodnot získaných z čistě mechanických experimentů, nicméně upřesnění podmínky mechanických experimentů potvrdily přesnost Jouleho měření a v roce 1878 byl revidován standard odporu [10] .

V počátečních fázích své činnosti Joule zakládal experimenty a prováděl výzkum výhradně na vlastní náklady, ale po prodeji pivovaru v roce 1854 se jeho finanční situace postupně zhoršovala a musel využívat financování různých vědeckých organizací, a v roce 1878 mu byl přiznán státní důchod [10] . Od dětství trpěl nemocí páteře a od počátku 70. let 19. století pro špatný zdravotní stav prakticky nepracoval. Zemřel v roce 1889.

Mechanický ekvivalent tepla

Od roku 1843 hledal Joule potvrzení principu zachování energie a snažil se vypočítat mechanický ekvivalent tepla. V prvních experimentech měří ohřev kapaliny, ve které je ponořen solenoid s železným jádrem, rotuje v poli elektromagnetu , provádí měření v případě uzavřeného a otevřeného vinutí elektromagnetu, poté zdokonaluje experiment, s vyloučením ručního otáčení a uvedení elektromagnetu do činnosti padajícím zatížením. Na základě výsledků měření formuluje vztah [12] [13] :

Množství tepla, které je schopno ohřát 1 libru vody o 1 stupeň Fahrenheita , se rovná a může být přeměněno na mechanickou sílu, která je schopna zvednout 838 liber do vertikální výšky 1 stopy .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Množství tepla, které je schopné zvýšit teplotu půl kila vody o jeden stupeň Farhenheitovy stupnice, se rovná mechanické síle schopné zvýšit 838 lb a lze ji převést na mechanickou sílu. do kolmé výšky jedné nohy.

Výsledky experimentů jsou publikovány v roce 1843 v článku „O tepelném účinku magnetoelektřiny a mechanickém významu tepla“ [14] . V roce 1844 formuluje první verzi zákona o tepelné kapacitě komplexních krystalických těles, známou jako Joule-Koppův zákon ( Kopp dal přesnou formulaci a konečné experimentální potvrzení v roce 1864 ).

Dále v experimentu z roku 1844 měří uvolňování tepla při protlačování kapaliny úzkými trubkami, v roce 1845 měří teplo při kompresi plynu a v experimentu z roku 1847 porovnává náklady na otáčení míchadla v kapalině s teplo vznikající v důsledku tření [5] .

V pracích z let 1847-1850 uvádí ještě přesnější mechanický ekvivalent tepla. Používali kovový kalorimetr upevněný na dřevěné lavici. Uvnitř kalorimetru byla osa s lopatkami umístěnými na ní. Na bočních stěnách kalorimetru byly řady desek, které bránily pohybu vody, ale nedotýkaly se lopatek. Kolem osy vně kalorimetru byla navinuta nit se dvěma závěsnými konci, na kterou byla připevněna závaží. V experimentech bylo měřeno množství tepla uvolněného při rotaci osy vlivem tření. Toto množství tepla bylo porovnáno se změnou polohy břemen a síly na ně působící.

Vývoj hodnot mechanického ekvivalentu tepla získaných v Jouleových experimentech (ve stopách - librách nebo stop-librách-síle na britskou tepelnou jednotku ):

Poslední odhad se blíží ultrapřesným měřením provedeným ve 20. století.

Boj o prioritu v objevu zákona zachování energie

Od druhé poloviny 40. let 19. století na stránkách Proceedings Francouzské akademie věd ( francouzsky:  Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences ) začala mezi Joule a Mayerem vášnivá diskuse o prioritě objevu. zákona zachování energie pro termodynamické systémy , a přestože Mayerova publikace vyšla o něco dříve, on, jako lékař z povolání, nebyl brán vážně, zatímco Joule byl již podporován významnými fyziky, zejména jeho zprávou 1847 v Britské vědecké asociaci byl vysoce oceněn Faradayem , Stokesem a Thomsonem přítomným na setkání [15] . Timiryazev , později zvažující tuto diskusi, si všiml důslednosti Mayerovy argumentace v boji proti „drobné závisti cechovních vědců“ [16] . Helmholtz , který v roce 1847 publikoval princip zachování energie, upozornil na Mayerovo dílo v roce 1851 a v roce 1852 otevřeně uznal jeho prioritu.

Další kolo boje o prioritu se odehrálo v 60. letech 19. století, kdy se zákonu dostalo všeobecného uznání ve vědecké komunitě. Tyndall v roce 1862 ve veřejné přednášce ukazuje Mayerovu prioritu a Clausius zaujímá jeho stanovisko . Taet , známý pro své probritské vlastenecké názory, v sérii publikací trvá na Jouleově prioritě, neuznává Mayerovo dílo z roku 1842 s fyzickým obsahem, Clausius mu oponuje a filozof Dühring , zatímco bagatelizuje dílo Jouleho a Helmholtze, aktivně trvá na o Mayerově prioritě, což v mnohém posloužilo jako konečné uznání Mayerovy priority. [patnáct]

Rozpoznávání a paměť

V roce 1850 byl zvolen členem Královské společnosti v Londýně . V roce 1852 mu byla udělena první královská medaile za práci na kvantitativním ekvivalentu tepla . V roce 1860 byl zvolen čestným prezidentem Manchesterské literární a filozofické společnosti . 

Získal tituly doktora práv na Trinity College Dublin (1857), doktora občanského práva ( DCL ) na Oxfordské univerzitě (1860), doktora práv ( LL.D. ) na Edinburské univerzitě (1871) [17] .  

Joule získal Copleyovu medaili v roce 1866  a Albertovu medaili v roce 1880 . V roce 1878 mu byla vládou udělena doživotní penze ve výši 215 liber.

V roce 1872 a 1877 byl dvakrát zvolen prezidentem Britské vědecké asociace [18] .

Na 2. mezinárodním kongresu elektrikářů, který se konal v roce 1889 - v roce Jouleovy smrti, byla po něm pojmenována jednotná jednotka měření práce, energie, množství tepla , pro kterou byl přechodový koeficient mezi mechanickou prací a teplem ( mechanická ekvivalent tepla ) , který se stal jednou z odvozených jednotek SI s vlastním názvem.

V Manchester City Hall je naproti památníku Daltona pomník Joela od sochaře Alfreda Gilberta . 

V roce 1970 pojmenovala Mezinárodní astronomická unie kráter na odvrácené straně Měsíce po Jamesi Jouleovi .

Bibliografie

Publikoval 97 vědeckých prací, z nichž asi 20 bylo napsáno společně s Thomson a Lyon Plafair; většina spolupráce se týká aplikace mechanické teorie tepla na teorii plynů, molekulární fyziku a akustiku . Významná část práce je věnována zdokonalování experimentálních a měřicích zařízení. Díla byla shromážděna ve dvousvazkové edici vydané Fyzikální společností v Londýně 1884-1887) a přeložena do němčiny v roce 1872 Hermannem Sprengelem [ 19] .

Hlavní práce:

Poznámky

  1. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Encyclopædia Britannica 
  2. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Encyklopedie Brockhaus  (německy) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Skupina Enciclopèdia Catalana , 1968.
  4. ↑ www.accademiadellescienze.it  (italsky)
  5. ↑ 1 2 3 4 Golin, Filonovich, 1989 , str. 382.
  6. ↑ Značka piva továrny Joule existuje ještě na začátku 21. století, Joule's Story . Joule's Brewery. Získáno 10. 5. 2013. Archivováno z originálu 13. 5. 2013.
  7. ↑ Golin, Filonovich, 1989 , str. 381-382.
  8. ↑ 1 2 3 4 Glazebrook, RT Joule, James Prescott (DNB00) // Slovník národní biografie . - 1885-1900. — Sv. třicet.
  9. ↑ 1 2 Golin, Filonovich, 1989 , str. 383.
  10. ↑ 1 2 3 Golin, Filonovich, 1989 , str. 384.
  11. ↑ Joule James Prescott // Dlužník - Eukalyptus. - M .  : Sovětská encyklopedie, 1972. - ( Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / šéfredaktor A. M. Prochorov  ; 1969-1978, sv. 8).
  12. ↑ 100 velkých vědeckých objevů / D.K. Samin. - M .: Veche, 2002. - S. 90-93. — 480 s. — 25 000 výtisků.  — ISBN 5-7838-1085-1 .
  13. ↑ Donald S. L. Cardwell. James Joule: Biografie . - Manchester University Press, 1991. - S. 57. - 333 s. - ISBN 0-7190-3479-5 .
  14. ↑ Joule, JP O kalorických účincích magnetoelektřiny ao mechanické hodnotě tepla  //  Filosofický časopis, řada 3: časopis. - 1843. - Sv. 23 . - str. 263-276 .
  15. ↑ 1 2 Spassky, B.I. §45. Objev zákona zachování energie // Historie fyziky. - 2. - M . : Vyšší škola, 1977. - T. I. - S. 308-316. — 320 s.
  16. ↑ Kudryavtsev P.S. Kurz dějin fyziky . — 2. vyd., opraveno. a doplňkové - M . : Vzdělávání, 1982. - 448 s.
  17. ↑ Ve Spojeném království je titul Doctor of Laws nejvyšším doktorským titulem udělovaným na základě součtu pokročilého výzkumu. Také často udělován za zásluhy ve veřejné aréně (často v politice a spravedlnosti)
  18. ↑ James Prescott Joule - Around the World online encyklopedie . Získáno 10. listopadu 2009. Archivováno z originálu 8. června 2009.
  19. ↑ The Scientific Papers of James Prescott Joule / Joule,.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
Genealogie a nekropole