Joel, James

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. juni 2022; checks kræver 9 redigeringer .
James Prescott Joule
James Prescott Joule
Fødselsdato 24. december 1818( 1818-12-24 ) [1] [2] [3] […]
Fødselssted
Dødsdato 11. oktober 1889( 1889-10-11 ) [1] [2] [3] […] (70 år)
Et dødssted Salg (Stor-Manchester) , Cheshire , England , Storbritannien
Land
Videnskabelig sfære fysik
Alma Mater
Priser og præmier Royal Medal (1852),
Copley Medal (1866),
Albert Medal (Royal Society of Arts) (1880)
 Mediefiler på Wikimedia Commons

James Prescott Joule ( eng.  James Prescott Joule ; 24. december 1818 , Salford , Lancashire , England , UK  - 11. oktober 1889 , Sale , Cheshire , England , UK ) er en engelsk fysiker , der ydede et væsentligt bidrag til udviklingen af ​​termodynamik . Han underbyggede loven om bevarelse af energi på eksperimenter . Etableret loven, der bestemmer den termiske effekt af elektrisk strøm . Han beregnede hastigheden af ​​bevægelse af gasmolekyler og etablerede dens afhængighed af temperatur .

Han undersøgte eksperimentelt og teoretisk varmens natur og opdagede dens forbindelse med mekanisk arbejde, som et resultat af hvilket, næsten samtidigt med Mayer , kom han til begrebet universel energibevarelse , hvilket igen gav formuleringen af ​​den første termodynamikkens lov . Han arbejdede med Thomson på den absolutte temperaturskala, beskrev fænomenet magnetostriktion , opdagede forbindelsen mellem strømmen, der strømmer gennem en leder med en vis modstand og mængden af ​​varme, der frigives på samme tid ( Joule-Lenz-loven ). Han ydede et væsentligt bidrag til teknikken til fysisk eksperiment, forbedrede designet af mange måleinstrumenter.

Måleenheden for energi, joulen , er opkaldt efter joulen .

Biografi

Født i familien til en velhavende ejer af et bryggeri i Salford nær Manchester , blev han uddannet i hjemmet , og i flere år var hans lærer i elementær matematik , begyndelsen af ​​kemi og fysik, Dalton [5] . Fra 1833 (fra 15-årsalderen) arbejdede han på et bryggeri, og sideløbende med uddannelse (op til 16 år) og videnskab, indtil 1854 deltog han i ledelsen af ​​foretagendet, indtil det blev solgt [6] .

Han begyndte sine første eksperimentelle studier allerede i 1837, idet han blev interesseret i muligheden for at erstatte dampmaskiner i et bryggeri med elektriske. I 1838 udgav Davies ( eng.  John Davies ), hvis nære ven var opfinderen af ​​den elektriske motor Sturgeon , på anbefaling af en af ​​hans lærere det første arbejde om elektricitet i det videnskabelige tidsskrift Annals of Electricity , organiseret året før af Stør, arbejdet var viet til enheden af ​​en elektromagnetisk motor. I 1840 opdagede han effekten af ​​magnetisk mætning under magnetiseringen af ​​ferromagneter [5] , og i årene 1840-1845 studerede han eksperimentelt elektromagnetiske fænomener.

På udkig efter de bedste måder at måle elektriske strømme på opdagede James Joule i 1841 loven opkaldt efter ham, som etablerer et kvadratisk forhold mellem strømstyrken og mængden af ​​varme frigivet af denne strøm i lederen (i russisk litteratur ser det ud som Joule-Lenz lov , da denne lov uafhængigt i 1842 blev opdaget af den russiske fysiker Lenz ). Opdagelsen blev ikke værdsat af Royal Society of London , og værket blev kun offentliggjort i det periodiske tidsskrift for Manchester Literary and Philosophical Society ( eng.  Manchester Literary and Philosophical Society ) [5] .

I 1840 flyttede Sturgeon til Manchester og stod i spidsen for Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science , en  kommerciel udstilling og uddannelsesinstitution, hvor han i 1841 inviterede Joule som den første foredragsholder.

I værkerne i begyndelsen af ​​1840'erne undersøgte han spørgsmålet om den økonomiske gennemførlighed af elektromagnetiske motorer, idet han først troede, at elektromagneter kunne være en kilde til en ubegrænset mængde mekanisk arbejde, men han blev hurtigt overbevist om, at fra et praktisk synspunkt , dampmaskiner fra den tid var mere effektive [7] , og offentliggjorde i 1841 konklusioner om, at effektiviteten af ​​en "ideel" elektromagnetisk motor pr. pund zink (brugt i batterier) kun er 20% af effektiviteten af ​​en dampmaskine pr. kul brændte, uden at skjule skuffelsen [8] .

I 1842 opdager og beskriver han fænomenet magnetostriktion , som består i en ændring i størrelsen og volumen af ​​et legeme med en ændring i dets magnetiseringstilstand . I 1843 formulerer og offentliggør han de endelige resultater af arbejdet med undersøgelsen af ​​varmeafgivelse i ledere, især viser han eksperimentelt, at den frigivne varme på ingen måde er taget fra miljøet, hvilket uigenkaldeligt tilbageviste teorien om kalorieindhold , hvis tilhængere forblev stadig på det tidspunkt. Samme år blev han interesseret i det generelle problem med det kvantitative forhold mellem de forskellige kræfter, der fører til frigivelse af varme, og efter at være kommet til den konklusion, at Mayer ( 1842 ) forudsagde eksistensen af ​​et vist forhold mellem arbejde og mængde varme, han ledte efter et numerisk forhold mellem disse mængder - den mekaniske ækvivalent af varme . I årene 1843-1850 udfører han en række eksperimenter, der løbende forbedrer den eksperimentelle teknik og hver gang bekræfter princippet om energibevarelse med kvantitative resultater .

I 1844 flyttede familien Joule til et nyt hjem i Whalley Range , hvor et  komfortabelt laboratorium blev indrettet til James [8] . I 1847 giftede han sig med Amelia Grimes, de fik snart en søn og en datter, i 1854 døde Amelia Joule [8] .

I 1847 mødte han Thomson , som satte stor pris på Joules eksperimentelle teknik, og som han efterfølgende samarbejdede frugtbart med, stort set under indflydelse af Joule, blev Thomsons ideer om spørgsmål om molekylær kinetisk teori også dannet [9] . I det allerførste fælles arbejde skaber Thomson og Joule en termodynamisk temperaturskala .

I 1848 foreslog han for at forklare de termiske virkninger med stigende tryk en gasmodel bestående af mikroskopiske elastiske kugler, hvis kollision med fartøjets vægge skaber tryk og giver et skøn over brinthastigheden. elastiske bolde” på omkring 1850 m/s. På anbefaling af Clausius blev dette værk udgivet i The Philosophical Transactions of the Royal Society , og selvom der efterfølgende blev afsløret alvorlige fejl i det [10] , havde det en væsentlig indvirkning på udviklingen af ​​termodynamikken , især ideologisk ekko af værket af van der Waals begyndelsen af ​​1870'erne om Real Gas Modeling .

I slutningen af ​​1840'erne var Joules arbejde ved at vinde generel anerkendelse i det videnskabelige samfund, og i 1850 blev han valgt til fuldgyldigt medlem af Royal Society of London [9] .

I værkerne fra 1851, der forbedrede sine teoretiske modeller for at repræsentere varme som bevægelsen af ​​elastiske partikler, beregnede han teoretisk varmekapaciteten af ​​nogle gasser ganske nøjagtigt [11] . I 1852 opdager, måler og beskriver han i en række fælles værker med Thomson effekten af ​​en ændring i gastemperaturen under adiabatisk drosling , kendt som Joule-Thomson-effekten, som senere blev en af ​​de vigtigste metoder til at opnå ultralave temperaturer, derved bidrage til fremkomsten af ​​lavtemperaturfysik som en gren af ​​naturvidenskaben.

I 1850'erne udgav han en stor serie artikler om forbedring af elektriske målinger, der tilbyder designs til voltmetre , galvanometre og amperemetre , der giver høj målenøjagtighed; Generelt lagde Joule i hele sin videnskabelige praksis stor opmærksomhed på eksperimentelle teknikker, der gjorde det muligt at opnå meget nøjagtige resultater.

I 1859 udforsker han de termodynamiske egenskaber af faste stoffer, måler den termiske effekt under deformationer, og bemærker gummiets ikke-standardegenskaber i sammenligning med andre materialer [8] .

I 1860'erne var han interesseret i naturfænomener og tilbød mulige forklaringer på arten af ​​atmosfæriske tordenvejr , luftspejlinger og meteoritter .

I 1867 måler Joule, ifølge skemaet foreslået af Thomson, standarden for den mekaniske ækvivalent af varme for British Scientific Association , men opnår resultater, der adskiller sig fra værdierne opnået fra rent mekaniske eksperimenter, men raffineringen af betingelser for mekaniske eksperimenter bekræftede nøjagtigheden af ​​Joules målinger, og i 1878 blev modstandsstandarden revideret [10] .

I de indledende faser af sin virksomhed satte Joule eksperimenter og udførte forskning udelukkende for egen regning, men efter salget af bryggeriet i 1854 forværredes hans økonomiske situation gradvist, og han måtte bruge midler fra forskellige videnskabelige organisationer, og i 1878 fik han statspension [10] . Siden barndommen led han af en sygdom i rygsøjlen, og fra begyndelsen af ​​1870'erne arbejdede han på grund af dårligt helbred praktisk talt ikke. Han døde i 1889.

Mekanisk ækvivalent til varme

Siden 1843 har Joule ledt efter bekræftelse af princippet om energibevarelse og har forsøgt at beregne den mekaniske ækvivalent af varme. I de første eksperimenter måler han opvarmningen af ​​en væske, hvori en solenoide med en jernkerne er nedsænket, roterer i feltet af en elektromagnet , tager målinger i tilfælde af en lukket og åben vikling af en elektromagnet, derefter forbedrer han eksperiment, udelukker manuel rotation og aktivering af elektromagneten ved en faldende belastning. Ud fra måleresultaterne formulerer han sammenhængen [12] [13] :

Mængden af ​​varme, der er i stand til at opvarme 1 pund vand 1 grad Fahrenheit , er lig med og kan omdannes til mekanisk kraft, der er i stand til at hæve 838 pund til en lodret højde på 1 fod

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Mængden af ​​varme, der er i stand til at hæve temperaturen på et pund vand med én grad af Farhenheits skala, er lig med og kan omdannes til en mekanisk kraft, der er i stand til at hæve 838 lb. til den vinkelrette højde af en fod.

Resultaterne af eksperimenterne er publiceret i 1843 i artiklen "Om den termiske effekt af magnetoelektricitet og varmes mekaniske betydning" [14] . I 1844 formulerer han den første version af loven om varmekapacitet af komplekse krystallinske legemer, kendt som Joule-Kopp-loven ( Kopp gav en nøjagtig formulering og endelig eksperimentel bekræftelse i 1864 ).

Yderligere måler han i eksperimentet fra 1844 varmeafgivelsen, når en væske presses gennem smalle rør, i 1845 måler han varmen under gaskompression, og i forsøget fra 1847 sammenligner han omkostningerne ved at rotere omrøreren i en væske med varme dannet som følge af friktion [5] .

I værkerne 1847-1850 giver han en endnu mere nøjagtig mekanisk ækvivalent af varme. De brugte et metalkalorimeter monteret på en træbænk. Inde i kalorimeteret var der en akse med knive placeret på den. På kalorimeterets sidevægge var der rækker af plader, der forhindrede vandets bevægelse, men rørte ikke knivene. En tråd med to hængende ender blev viklet rundt om aksen uden for kalorimeteret, hvortil der var fastgjort vægte. I forsøgene blev mængden af ​​varme, der frigives under aksens rotation på grund af friktion, målt. Denne mængde varme blev sammenlignet med ændringen i belastningernes position og kraften, der virker på dem.

Udviklingen af ​​værdierne for den mekaniske ækvivalent af varme opnået i Joule-eksperimenterne (i foot - pounds eller foot-pound-force pr. britisk termisk enhed ):

Sidstnævnte skøn er tæt på de ultrapræcise målinger foretaget i det 20. århundrede.

Kæmp for prioritet i opdagelsen af ​​loven om energibevarelse

Fra anden halvdel af 1840'erne, på siderne i Proceedings of the French Academy of Sciences ( fransk:  Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences ), begyndte en heftig diskussion mellem Joule og Mayer om prioriteten i opdagelsen af loven om bevarelse af energi for termodynamiske systemer , og selvom Mayers publikation udkom lidt tidligere, blev han, som læge af profession, ikke taget seriøst, mens Joule allerede blev støttet af store fysikere, især hans rapport om 1847 i British Scientific Association blev meget værdsat af Faraday , Stokes og Thomson til stede ved mødet [15] . Timiryazev , som senere overvejede denne diskussion, bemærkede sammenhængen i Mayers argument i kampen mod "laugets videnskabsmænds små misundelse" [16] . Helmholtz , der offentliggjorde princippet om energibevarelse i 1847, henledte opmærksomheden på Mayers arbejde i 1851 og anerkendte åbent dets prioritet i 1852.

Næste runde af prioritetskampen fandt sted i 1860'erne, hvor loven fik generel anerkendelse i det videnskabelige samfund. Tyndall i 1862 i et offentligt foredrag viser Mayers prioritet, og Clausius tager hans synspunkt . Taet , kendt for sine pro-britiske patriotiske synspunkter, insisterer i en række publikationer på Joules prioritet, idet han ikke anerkender Mayers værk fra 1842 med fysisk indhold, Clausius er imod ham, og filosoffen Dühring , mens han bagatelliserer Joules og Helmholtz' arbejde, insisterer aktivt på om Mayers prioritet, som på mange måder fungerede som den endelige anerkendelse af Mayers prioritet. [femten]

Genkendelse og hukommelse

I 1850 blev han valgt til Fellow i Royal Society of London . I 1852 blev han tildelt den første kongelige medalje for sit arbejde med den kvantitative ækvivalent af varme . I 1860 blev han valgt til ærespræsident for Manchester Literary and Philosophical Society . 

Han modtog graderne Doctor of Laws fra Trinity College Dublin (1857), Doctor of Civil Law ( DCL ) fra Oxford University (1860), Doctor of Laws ( LL.D. ) fra Edinburgh University (1871) [17] .  

Joule blev tildelt Copley-medaljen i 1866  og Albert-medaljen i 1880 . I 1878 blev han tildelt en livsvarig pension på £215 af regeringen.

I 1872 og 1877 blev han to gange valgt til præsident for British Scientific Association [18] .

På den anden internationale kongres for elektrikere, som fandt sted i 1889 - året for Joules død, blev en samlet måleenhed for arbejde, energi, varmemængde opkaldt efter ham , for hvilken overgangskoefficienten mellem mekanisk arbejde og varme ( mekanisk ækvivalent af varme ) var ikke påkrævet , hvilket blev en af ​​de afledte enheder SI med eget navn.

I Manchester City Hall er der et monument over Joel af billedhuggeren Alfred Gilbert , overfor monumentet til Dalton . 

I 1970 opkaldte Den Internationale Astronomiske Union et krater på den anden side af Månen efter James Joule .

Bibliografi

Udgivet 97 videnskabelige artikler, hvoraf omkring 20 blev skrevet sammen med Thomson og Lyon Plafair; de fleste af samarbejderne vedrører anvendelsen af ​​den mekaniske teori om varme på teorien om gasser, molekylær fysik og akustik . En væsentlig del af arbejdet er helliget forbedring af forsøgs- og måleudstyr. Værkerne blev samlet i en tobindsudgave udgivet af Physical Society i London 1884-1887) og oversat til tysk i 1872 af Hermann Sprengel [19] .

Hovedværker:

Noter

  1. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Encyclopædia Britannica 
  2. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Brockhaus Encyclopedia  (tysk) / 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  (italiensk)
  5. ↑ 1 2 3 4 Golin, Filonovich, 1989 , s. 382.
  6. ↑ Joule-fabrikkens ølmærke eksisterer stadig i begyndelsen af ​​det 21. århundrede, Joule's Story . Joule's Bryggeri. Hentet 10. maj 2013. Arkiveret fra originalen 13. maj 2013.
  7. ↑ Golin, Filonovich, 1989 , s. 381-382.
  8. ↑ 1 2 3 4 Glazebrook, RT Joule, James Prescott (DNB00) // Dictionary of National Biography . - 1885-1900. — Bd. tredive.
  9. ↑ 1 2 Golin, Filonovich, 1989 , s. 383.
  10. ↑ 1 2 3 Golin, Filonovich, 1989 , s. 384.
  11. ↑ Joule James Prescott // Debitor - Eucalyptus. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1972. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / chefredaktør A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, bind 8).
  12. ↑ 100 store videnskabelige opdagelser / D.K. Samin. - M . : Veche, 2002. - S. 90-93. - 480 s. — 25.000 eksemplarer.  — ISBN 5-7838-1085-1 .
  13. ↑ Donald S. L. Cardwell. James Joule: En biografi . - Manchester University Press, 1991. - S. 57. - 333 s. - ISBN 0-7190-3479-5 .
  14. ↑ Joule, JP Om magneto-elektricitets brændværdi og om den mekaniske værdi af varme  //  Philosophical Magazine, Series 3: journal. - 1843. - Bd. 23 . - S. 263-276 .
  15. ↑ 1 2 Spassky, B.I. §45. Opdagelse af energibevarelsesloven // Fysikkens historie. - 2. - M . : Højere skole, 1977. - T. I. - S. 308-316. - 320 sek.
  16. ↑ Kudryavtsev P.S. Kursus i fysikkens historie . — 2. udg., rettet. og yderligere - M . : Uddannelse, 1982. - 448 s.
  17. ↑ I Storbritannien er Doctor of Laws-graden den højeste doktorgrad, der tildeles på grundlag af en sum af avanceret forskning. Også ofte tildelt for fortjeneste i den offentlige arena (ofte i politik og retfærdighed)
  18. ↑ James Prescott Joule - Around the World online encyklopædi . Hentet 10. november 2009. Arkiveret fra originalen 8. juni 2009.
  19. ↑ The Scientific Papers of James Prescott Joule / Joule,.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier
Slægtsforskning og nekropolis