Джоел Джеймс
Търсене в навигационен изглед
Джоел Джеймс
Той експериментално и теоретично изучава природата на топлината и открива връзката й с механичната работа, в резултат на което почти едновременно с Майер стига до концепцията за универсалното запазване на енергията, което от своя страна осигурява формулирането на първия закон на термодинамиката. Той работи с Томсън върху абсолютната температурна скала, описва явлението магнитострикция, открива връзката между тока, протичащ през проводник с определено съпротивление, и количеството топлина, отделена в този случай (законът на Джаул-Ленц). Той направи значителен принос в техниката на физическия експеримент, подобри дизайна на много измервателни инструменти.
Джаулът, единица за енергия, е кръстен на джаула.
Роден в семейството на богат собственик на пивоварна в Салфорд близо до Манчестър, той се обучава у дома, освен това в продължение на няколко години Далтън е негов учител по елементарна математика, началото на химията и физиката. От 1833 г. (от 15-годишна възраст) работи в пивоварна, като успоредно с образованието (до 16 години) и науката до 1854 г. участва в управлението на предприятието, докато не бъде продадено.
През 1840 г. Стърджън се премества в Манчестър и оглавява Кралската галерия Виктория за насърчаване на практическата наука, търговска изложба и образователна институция, където през 1841 г. той каниДжаул като първи лектор.
През 1842 г. той открива и описва явлението магнитострикция, което се състои в промяна на размера и обема на тялото с промяна в неговото състояние на намагнитване. През 1843 г. той формулира и публикува окончателните резултати от работата по изследването на отделянето на топлина в проводниците, по-специално експерименталнопоказва, че отделената топлина по никакъв начин не се отнема от околната среда, което безвъзвратно опроверга теорията за калориите, чиито привърженици все още останаха по това време. През същата година той се заинтересува от общия проблем за количествената връзка между различните сили, водещи до отделянето на топлина, и след като стигна до заключението, че има определена връзка между работата и количеството топлина, предсказано от Майер (1842), той търси числена връзка между тези количества - механичния еквивалент на топлина. През годините 1843-1850 той провежда серия от експерименти, като непрекъснато подобрява експерименталната техника и всеки път потвърждава принципа за запазване на енергията с количествени резултати [⇨].
През 1844 г. семейство Джаул се премества в нов дом в планината Уоли, където е създадена удобна лаборатория за Джеймс. През 1847 г. той се жени за Амелия Граймс, скоро имат син и дъщеря, през 1854 г. Амелия Джаул умира.
През 1847 г. той се среща с Томсън, който високо оценява експерименталната техника на Джаул и с когото впоследствие си сътрудничи плодотворно, до голяма степен под влиянието на Джаул се формират и идеите на Томсън по въпросите на молекулярно-кинетичната теория. Още в първата съвместна работа Томсън и Джаул създават термодинамична температурна скала.
До края на 1840-те години работата на Джаул печели всеобщо признание в научната общност и през 1850 г. той е избран за пълноправен член на Кралското общество в Лондон.
В трудовете от 1851 г., подобрявайки своите теоретични модели за представяне на топлината като движение на еластични частици, той теоретично изчислява доста точно топлинния капацитет на някои газове. През 1852 г. той открива, измерва и описва в поредица от съвместни работи с Томсън ефекта от промяната на температуратагаз при адиабатно дроселиране, известен като ефект на Джаул-Томсън, който по-късно се превърна в един от основните методи за получаване на ултраниски температури, като по този начин допринесе за появата на физиката на ниските температури като клон на естествените науки.
През 1850 г. той публикува голяма поредица от статии за подобряването на електрическите измервания, предлагайки проекти за волтметри, галванометри и амперметри, които осигуряват висока точност на измерване; Като цяло през цялата си научна практика Джаул обърна значително внимание на експерименталните техники, които направиха възможно получаването на много точни резултати.
През 1859 г. той изследва термодинамичните свойства на твърдите тела, измервайки топлинния ефект по време на деформация и отбелязва нестандартните свойства на каучука в сравнение с други материали.
През 1860-те години той се интересува от природни явления, предлагайки възможни обяснения за естеството на атмосферните гръмотевични бури, миражите и метеоритите.
През 1867 г. Джаул, съгласно схемата, предложена от Томсън, измерва стандарта на механичния еквивалент на топлина за Британската научна асоциация, но получава резултати, които се различават от стойностите, получени от чисто механични експерименти, но усъвършенстването на условията на механичните експерименти потвърждава точността на измерванията на Джаул и през 1878 г. стандартът за съпротивление е ревизиран.
В началните етапи от дейността си Джаул организира експерименти и провежда изследвания изключително за своя сметка, но след продажбата на пивоварната през 1854 г. финансовото му състояние постепенно се влошава и той трябва да използва финансиране от различни научни организации, а през 1878 г. е назначена държавна пенсия. От детството си страда от заболяване на гръбначния стълб и от началото на 1870 г. поради лошо здраве практически не работи. почина при1889 г
Механичен еквивалент на топлина
От 1843 г. Джаул търси потвърждение на принципа за запазване на енергията и се опитва да изчисли механичния еквивалент на топлината. В първите експерименти той измерва нагряването на течност, в която е потопен соленоид с желязна сърцевина, въртящ се в полето на електромагнит, като прави измервания в случаите на затворена и отворена намотка на електромагнит, след което подобрява експеримента, като изключва ръчното въртене и задейства електромагнита чрез падаща тежест. Въз основа на резултатите от измерването той формулира съотношението:
Количеството топлина, което може да загрее 1 паунд вода с 1 градус по Фаренхайт, е равно на и може да се преобразува в механична сила, която е в състояние да издигне 838 паунда до вертикална височина от 1 фут
Резултатите от експериментите са публикувани през 1843 г. в статията „За топлинния ефект на магнитоелектричеството и механичното значение на топлината“. През 1844 г. той формулира първата версия на закона за топлинния капацитет на сложни кристални тела, известен като закон на Джаул-Коп (Коп (на немски: Hermann Kopp) през 1864 г. дава точна формулировка и окончателно експериментално потвърждение).
Освен това, в експеримента от 1844 г., той измерва отделянето на топлина, когато течността се изтласква през тесни тръби, през 1845 г. той измерва топлината по време на компресия на газа, а в експеримента от 1847 г. той сравнява разходите за въртене на бъркалката в течността с топлината, генерирана в резултат на триене.
В трудовете от 1847-1850 г. той дава още по-точен механичен еквивалент на топлината. Той използва метален калориметър, монтиран на дървена пейка. Вътре в калориметъра имаше ос с остриета, разположени върху нея. На страничните стени на калориметъра имаше редове от плочи, които предотвратяваха движението на водата, но не докосваха лопатките. На оста извън калориметърасе навиваше конец с два висящи края, на който се закрепваха тежести. При експериментите е измерено количеството топлина, отделена при въртенето на оста поради триене. Това количество топлина се сравнява с промяната в положението на товарите и силата, действаща върху тях.
Развитието на стойностите на механичния еквивалент на топлина, получени в експериментите на Джаул (във ft-lb или ft-lbf на BTU): 838 (4,51 J/cal), 1843; 770 (4,14 J/cal), 1844; 823 (4,43 J/cal), 1845 819 (4,41 J/cal), 1 847 772.692 (4.159 J/cal), 1850.
Последната оценка е близка до свръхпрецизните измервания, направени през 20 век.
Борбата за приоритет в откриването на закона за запазване на енергията
Следващият кръг от борбата за приоритет се провежда през 60-те години на XIX век, когато законът получава всеобщо признание в научната общност. Тиндал през 1862 г. в публична лекция показва приоритета на Майер, а Клаузиус заема неговата гледна точка. Тает, известен със своите пробритански патриотични възгледи, в поредица от публикации настоява за приоритета на Джаул, като не признава работата на Майер от 1842 г. като имаща физическо съдържание, Клаузиус му се противопоставя, а философът Дюринг, като омаловажава работата на Джаул и Хелмхолц, активно настоява за приоритета на Майер, който в много отношения служи като окончателно признание ция на приоритета на Майер.
Разпознаване и памет
През 1850 г. е избран за член на Лондонското кралско дружество. През 1852 г. той е награден с първия кралски медал за работата си върху количествения еквивалент на топлината. През 1860 г. е избран за почетен президент на Манчестърското литературно и философско дружество.
Получава докторска степен по право от Тринити Колидж в Дъблин (1857), доктор по гражданско право(Английски DCL) Оксфордски университет (1860), доктор по право (LL.D.) Единбургски университет (1871).
Джаул е награден с медал Копли през 1866 г. и медал Албърт през 1880 г. През 1878 г. той получава доживотна пенсия от £215 от правителството.
През 1872 и 1877 г. два пъти е избиран за президент на Британската научна асоциация (англ. British Association for the Advancement of Science).
На Втория международен конгрес на електротехниците, който се състоя през 1889 г. - годината на смъртта на Джаул, на негово име беше наречена единна единица за измерване на работа, енергия, количество топлина, за която не се изискваше коефициентът на преобразуване между механична работа и топлина (механичен еквивалент на топлина), което стана една от производните единици SI със собствено име.
В кметството на Манчестър има паметник на Джоел от скулптора Алфред Гилбърт, срещу паметника на Далтън.
През 1970 г. Международният астрономически съюз наименува кратер на обратната страна на Луната на името на Джеймс Джаул.