Выдающийся физик Джеймс Джоуль: биография, достижения, награды и интересные факты

Джеймс Джоуль - довольно известная личность. Все мы знаем это имя еще со школьных уроков физики. Однако тогда никто не углублялся в его биографию и достижения, а ведь его жизненный путь очень интересен. В статье мы рассмотрим подробную биографию ученого, а также поговорим о том, чего он достиг.

Детские годы

Джеймс Джоуль, биографию которого мы рассматриваем, появился на свет в 1818 году, 24 декабря. Мальчик родился в богатой семье хозяина пивоваренного завода, располагавшегося в Солфорде. Джеймс получал образование на дому. Первым его учителем по началам физики, химии и элементарной математики был Дальтон. С 15-летнего возраста мальчик работал на заводе отца и принимал непосредственное участие в управлении им. Эту деятельность он совмещал с обучением в течении года.

Первые исследования

Когда начал интересоваться наукой Джеймс Джоуль? Краткая биография парня рассказывает о том, что свои первые исследования он начал проводить в 1837 году. Тогда его очень интересовал вопрос замены паровых машин на электрические на пивоваренном заводе отца. Уже через год молодой человек опубликовал свою первую работу по электричеству в одном из научных журналов. Посоветовал ему это сделать его учитель Джон Дэвис, который, кстати, являлся близким другом Стерджена, изобретшего электродвигатель. Журнал, в котором печатался Джеймс Джоуль, тоже принадлежал Стерджену. В 1840 году молодой исследователь при намагничивании ферромагнетиков заметил эффект магнитного насыщения. С этого момента и вплоть до 1845 года активно изучал электромагнитные явления экспериментальным путем.

Закон Джоуля

Чем же занимается дальше Джоуль Джеймс Прескотт? Краткая биография мужчины продолжается тем, что в 1841 году он открывает закон о квадратичной зависимости между силой тока и теплом, которое выделяется. Позже закон получил его имя, но нам он известен как закон Джоуля - Ленца, потому что в 1842 году он был открыт физиком немецкого происхождения из России Эмилием Ленцем. По достоинству открытие ученого оценено не было. Лондонское королевское общество проигнорировало его, а саму работу удалось опубликовать в скромном периодическом журнале.

Работа лектором

Но кем же работал Джеймс Джоуль? Интересные факты про этого человека редкость, но известно, что он был лектором. Уже известный нам Стерджен переехал в Манчестер и открыл там Галерею практических знаний, куда и пригласил Джоуля на место лектора. Удивительно, некоторых студентов обучал сам Джеймс Джоуль!

В своих исследованиях того времени ученый много времени уделял вопросу об экономической выгоде электромагнитных двигателей. Сначала он считал, что электромагниты имеют огромные возможности, но вскоре лично убедился в том, что паровые машины куда эффективнее. Результаты этого исследования Джоуль опубликовал, не скрывая собственного разочарования.

Открытия ученого происходили очень быстро. Уже в 1842 году он описывает магнитострикцию, которая заключается в том, что тела меняют свои размеры и объемы при разной степени намагниченности. Через год он заканчивает исследования по поводу тепловыделения в проводниках и публикует свои результаты. Они заключались в том, что выделяемое тепло берется не извне. Это полностью опровергало теорию теплорода, приверженцы которой тогда еще существовали.

В период с 1843 по 1850 год мужчина занимается проведением ряда исследований, совершенствуя свою технику и подтверждая многими опытами верность принципа сохранения энергии.

Семья

В 1844 году Джоули меняют место жительства. На новом месте мужчина знакомится со свей будущей женой Амелией Граймс. В 1847 году пара сочетается браком, и у них рождается дочь и сын. В это же время в доме Джоуль оборудует себе удобную лабораторию для проведения опытов. Однако счастье его длилось недолго, потому что в 1854 году любимая жена умирает.

Общее описание исследований

К концу 1840-х годов работы героя нашей статьи получают всеобщее признание. В 1847 году ученый знакомится с Томсоном, который высоко оценивает экспериментальную технику Джоуля. Далее ученые начинают сотрудничать. Представления Томсона о молекулярно-кинетической теории сформировались во многом под влиянием идей Джеймса. Вместе ученые создают термодинамическую температурную шкалу.

Кажется, что Джеймс Джоуль и его открытия не стареют, ведь уже спустя год он предлагает использовать модель газа для анализа возникновения тепловых эффектов при повышении давления. Модель газа Джоуля состояла из упругих шариков микроскопического размера, которые создавали давление при касании стенок сосуда. Исследования ученого были опубликованы в «Философских трудах Королевского общества» по совету немецкого физика Клаузиуса. Эта работа оказала огромное влияние на становление и развитие термодинамики, несмотря на то, что позже в исследованиях Джоуля была найдено множество ошибок. Кроме того, эксперименты похожи на те, которые в 1870-х годах проводил Ван-дер-Ваальс для моделирования реального газа.

В 1850 году мужчина становится членом Лондонского королевского общества. В исследованиях, проведённых в 1851 году, которые касаются создания теоретической модели теплоты как движения маленьких упругих частиц, ученый очень точно рассчитал для некоторых газов теплоемкость. Через год вместе со своим старым другом Томсоном описывает явление изменения температуры газа при адиабатическом дросселировании. Позже этот эффект получил название Джоуля – Томсона. Более того, это открытие поспособствовало возникновению нового раздела естествознания - физики низких температур.

В 1850-е годы исследователь публикует целую серию статей, посвященных электрическим измерениям. Несмотря на возможность использования современных конструкций, Джеймс Джоуль был уверен в том, что только путем эксперимента можно получить самые точные результаты.

В 1859 году ученый занимается исследованием термодинамических свойств твердых тел. Обнаруживает нестандартные свойства каучука в сравнении с другими материалами. Через год в сферу его интересов попадают миражи, атмосферные грозы и метеориты, которые он пытается объяснить с научной точки зрения.

Эквивалент тепла

С 1843 года ученый занимался поисками механического эквивалента тепла. Благодаря опытам ему удается показать, что определённое количество теплоты можно превратить в определенное количество механической силы. В этом же году он публикует результаты исследований, а уже через год формулирует закон теплоемкости для кристаллических тел, который известен как закон Джоуля - Коппа. Однако точную формулировку и опытное подтверждение своего закона Джоуль представил только в 1864 году.

После этого Джоуль Джеймс Прескотт, краткая биография которого изложена выше, посвящает себя исследованию тепловыделения при пропускании через узкие трубки жидкости. В период с 1847 по 1850 год ему удаётся вывести максимально точный механический эквивалент тепла. Он используется металлический калориметр, который устанавливает на деревянной скамейке. В этом опыте он исследовал количество теплоты, которые выделяется при вращении из-за трения оси. Некоторые оценки ученого очень близки к точным значениям, которые были найдены в прошлом веке.

Борьба за авторство

В 1840-х годах в печатных изданиях развернулась нешуточная дискуссия о том, кто же является открывателем закона сохранения энергии, между Майером и Джоулем. Фактически Майер опубликовал свою работу раньше, но к ней никто не отнесся серьезно, так как по профессии он сам был доктором. Закон Джеймса Джоуля нашел большую поддержку, ведь его кандидатуру на то время поддерживали такие ученые, как Стокс, Фарадей и Томсон. Некоторые открыто поддерживали Майера, акцентируя внимание на том, что он первый сделал открытие, другие же защищали право на авторство Джоуля. В конце концов приоритет авторства оставили Майеру.

Память

Физик Джеймс Прескотт Джоуль награжден Королевской медалью. В 1860 году стал президентом Манчестерского литературного и философского общества. Кроме того, имеет научные степени доктора права дублинского Тринити-колледжа, доктора права в Эдинбургском университете и доктора гражданского права в Оксфордском университете. В 1866 году получил медаль Копли, а в 1880 году сталь обладателем медали Альберта. Через 8 лет правительство назначило ему пожизненную пенсию. Джоуль дважды становился президентом Британской научной ассоциации.

В 1889 году его именем была названа единица измерения количества теплоты, энергии, работы. В ратуше Манчестера есть памятник ученому, который расположен напротив памятника Дальтону.

В 1970 году имя Джоуля было присвоено кратеру на обратной стороне Луны.