Сообщение на тему жизнь и деятельность джоуля

Джеймс джоуль был большим сторонником экспериментов

В 1839 году Джеймс Джоуль начал ряд экспериментов, в которых он исследовал механическую работу, электричество и теплоту. В 1840 году он послал свою работу «Об образовании Теплоты с помощью Вольтовского (Гальванического) Электричества» в Королевское Научное Общество в Лондоне — наверное, самое престижное общество британских учёных.

В своей работе Джеймс Джоуль показал, что количество производимой теплоты за секунду в проводе с электрическим током равно квадрату тока (I) умноженного на сопротивление (R) провода. (Это выражено формулой, P=I²R.) Эта зависимость известна как закон Джоуля (Количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока). Работа Джоуля не вызвала большого энтузиазма в Королевском Научном Обществе, и было опубликовано лишь краткое изложение полученных им данных.

В 1843 году Джоуль вычислил количество механической работы, которое необходимо для образования эквивалентного количества теплоты. Эта величина была названа «механическим эквивалентом теплоты». Он снова передал данные своих наблюдений на рассмотрение — но на этот раз Британской Ассоциации Развития науки. И опять его работа не вызвала восторженной реакции. Несколько ведущих научных журналов также отказались опубликовать данные исследований Джоуля.

Многие учёные сомневались, стоит ли принимать его работу, но Джоуль терпеливо отстаивал свои позиции. Очень часто требуется время для того, чтобы новые идеи получили своё признание, особенно если автором этих идей является непрофессионал в данной области. Данные, полученные Джоулем, бросали вызов калорической теории, которой придерживалось большинство физиков того времени. Согласно той теории, теплота считалась жидким веществом.

Другим камнем преткновения для принятия результатов исследований Джоуля было то, что учёным было трудно поверить в невероятную точность его измерений. Но в своих экспериментах Джоуль проявлял упорство и изобретательность. Эти свойства его характера очень помогли ему избежать ошибок и получить гораздо более точные результаты по сравнению с результатами предыдущих экспериментов.

Механический эквивалент тепла

Дальнейшие эксперименты и измерения с его электродвигателем привели Джоуля к оценке механического эквивалента тепла в 4,1868 джоулей на калорию работы по повышению температуры одного грамма воды на один кельвин. Он объявил о своих результатах на собрании химической секции Британской ассоциации содействия развитию науки в Корке в августе 1843 г. и был встречен молчанием.

Джоуль не испугался и начал искать чисто механическую демонстрацию превращения работы в теплоту. Нагнетая воду через перфорированный цилиндр, он мог измерить небольшой вязкий нагрев жидкости. Он получил механический эквивалент силы в 770 футо-фунтов на британскую тепловую единицу (4140 Дж/Кал). Тот факт, что значения, полученные как электрическими, так и чисто механическими средствами, согласовывались по крайней мере на один порядок , был для Джоуля неопровержимым доказательством реальности превращения работы в теплоту.

Джоуль теперь попробовал третий маршрут. Он измерил количество выделяемого тепла работой, выполненной при сжатии газа. Он получил механический эквивалент силы в 798 футо-фунтов на британскую тепловую единицу (4290 Дж/Кал). Во многих отношениях этот эксперимент представлял собой самую легкую мишень для критиков Джоуля, но Джоуль устранил ожидаемые возражения путем умного экспериментирования. Джоуль прочитал свою статью Королевскому обществу 20 июня 1844 г. , но его статья была отклонена Королевским обществом для публикации, и ему пришлось довольствоваться публикацией в Philosophical Magazine в 1845 г. газете, он был откровенен в своем неприятии калорического рассуждения Карно и Эмиля Клапейрона ., отторжение, частично мотивированное богословием

Джоуль здесь использует язык vis viva (энергия), возможно, потому, что Ходжкинсон прочитал рецензию на книгу Юарта « О мере движущей силы » в Литературном и философском обществе в апреле 1844 года.

Джоуль писал в своей статье 1844 года:

В июне 1845 года Джоуль прочитал свою статью «О механическом эквиваленте тепла » на собрании Британской ассоциации в Кембридже . В этой работе он сообщил о своем самом известном эксперименте, включавшем использование падающего груза, в котором сила тяжести выполняет механическую работу, для вращения гребного колеса в изолированной бочке с водой, которая повышала температуру. Теперь он оценил механический эквивалент силы в 819 футо-фунтов на британскую тепловую единицу (4404 Дж/Кал). Он написал письмо в Philosophical Magazine, опубликованное в сентябре 1845 года, с описанием своего эксперимента.

Тепловой аппарат Джоуля, 1845 г.

В 1850 году Джоуль опубликовал уточненное измерение силы в 772,692 фут-фунта на британскую тепловую единицу (4150 Дж / кал), что ближе к оценкам двадцатого века.

Смерть и признания

На протяжении всей своей жизни, но особенно в последние годы своей жизни, он получил множество наград как в Англии, так и за рубежом. Джоуль был избран членом Королевского общества 6 июня 1850 года. В 1852 году Совет Королевского общества наградил Джоуля Королевской медалью за его исследовательскую работу; в 1860 году он был награжден медалью Копли за те же эксперименты сэра Эдварда Сабина; в приветственной речи Сабина сказала:

Вручение двух медалей за одно и то же исследование — чрезвычайно редкая процедура в нашем обществе, и не зря. В этом случае Совет хотел как можно более решительно выразить свое мнение об особом и оригинальном характере и огромной полезности открытия г-на Джоуля.

Несколько университетов присвоили ему звание почетного доктора ; первым был DCL Тринити-колледжа в Дублине ( 1857 г.), затем DCL Оксфордского университета (1860 г.) и, наконец, DCL Эдинбургского университета (1871 г.). В 1878 году он получал пенсию в размере 200 фунтов стерлингов в год за заслуги перед наукой, а в 1880 году принц Уэльский Эдуард VII вручил ему медаль Альберта , присужденную Королевским обществом искусств . Дж. П. Джоуль был почетным членом Института инженеров и кораблестроителей Шотландии с 1857 г.

Есть два масляных портрета Джеймса Прескотта; Первая находится в помещении Манчестерского литературно-философского общества и была написана Джорджем Паттеном в 1863 году, а вторая принадлежит Королевскому обществу и является работой Джорджа Рейнольдса в 1882 году. Рейнольдс также создал бюст в 1882 году.

В городе Манчестер он имеет много признаний, таких как библиотека , которая носит его имя и которая в Манчестерском университете специализируется на научных, технологических и инженерных работах, или статуя, созданная Альфредом Гилбертом , расположенная справа напротив одного из Далтонов за пределами мэрии . В центре Вестминстерского аббатства стоит памятник Джоулю, хотя он и не похоронен там, вопреки тому, что говорится в некоторых биографиях.

В Уортингтон-парке, ранее называвшемся Сейл-Парком, стоит облицованный бронзой глиняный бюст, изображающий фигуру ученого. Работа 1905 года работы скульптора Джона Кэссиди. Проект частично финансировался за счет пожертвований, в том числе ученых со всего мира. На бюсте Джоуль держит научную работу с изображением гальванометра .

Лунный кратер Джоуль назван в честь его имени , как и французская подводная лодка Джоуль , затонувшая в Дарданеллах весной 1915 года .

Ранние года

Джеймс Джоуль родился в 1818 году в семье Бенджамина Джоуля (1784–1858), богатого человека. пивовар, и его жена Элис Прескотт на Нью-Бейли-стрит в Salford. В молодости Джоуля обучал знаменитый ученый. Джон Далтон и находился под сильным влиянием химика Уильям Генри и Манчестер инженеры Питер Юарт и Итон Ходжкинсон. Он был очарован электричество, и он и его брат экспериментировали, пытая электрическим током друг друга и слуг семьи.

Став взрослым, Джоуль руководил пивоварней. Наука была просто серьезным хобби. Примерно в 1840 году он начал исследовать возможность замены пивоварни Паровые двигатели с недавно изобретенным электрический двигатель. Его первый научные статьи по этому вопросу были внесены в Уильям Стерджен с Анналы электричества. Джоуль был членом Лондонское электрическое общество, созданная Sturgeon и другими.

Частично мотивировано желанием бизнесмена количественно оценить экономика Из-за своего выбора и отчасти благодаря своей научной любознательности он решил определить, какой из основных двигателей был более эффективным. Он открыл Первый закон Джоуля в 1841 г. то высокая температура который развивается в результате правильного действия любого гальванический ток пропорциональна квадрату силы этого тока, умноженной на сопротивление проводимость который он переживает. Он продолжал понимать, что сжигание фунт угля в паровой машине было экономичнее, чем дорогой фунт цинк потребляется в электрическом аккумулятор. Джоуль зафиксировал результативность альтернативных методов в терминах общего стандарта, способности поднять массу весом в один фунт на высоту в один фунт. ступня, то фут-фунт.

Однако интерес Джоуля переключился с узкого финансового вопроса на вопрос о том, сколько работы можно извлечь из данного источника, что привело его к размышлениям о конвертируемости энергия. В 1843 г. он опубликовал результаты экспериментов, показавшие, что обогрев эффект, который он количественно оценил в 1841 году, был связан с выделением тепла в дирижер а не перенос его из другой части оборудования. Это был прямой вызов теория калорий которые держали это тепло, нельзя было ни создать, ни уничтожить. Теория калорий доминировала в мышлении в науке о тепле с тех пор, как Антуан Лавуазье в 1783 году. Престиж Лавуазье и практический успех Сади Карно калорийная теория Тепловой двигатель с 1824 г. добился того, что молодой Джоуль, работая на улице либо академия или инженерное дело профессия, впереди был непростой путь. Сторонники теории калорийности охотно указывали на симметрию Эффект Пельтье-Зеебека утверждать, что тепло и ток могут быть преобразованы, по крайней мере, приблизительно, обратимый процесс.

Вера в Библию

Джоуль был искренним христианином, который был известен своей терпеливостью и смирением. Джоуль искал Божьей воли и повиновался ей.

Джоуль не видел никаких противоречий между его научной работой и его верой в истинность Писания. Многие его коллеги-учёные разделяли его точку зрения. «В ответ на волну Дарвинизма, которая в то время нахлынула на всю страну… 717 учёных подписали знаменательный манифест под названием Декларация Учёных в области Естествознания и Физики, который вышел в Лондоне в 1864 году. Эта декларация утверждала их веру в научную достоверность Священного Писания. В этом списке числилось 86 Членов Научного Королевского Общества». Джеймс Джоуль был одним из выдающихся учёных, который подписал этот документ.

С 1872 года состояние здоровья Джоуля ухудшилось, но он всё же продолжал немного работать. Он умер 11 октября 1889 года в английском городке Сейле, недалеко от Чешира.

Джоуль твёрдо принимал Бога как Творца. Его слова свидетельствуют нам о тех приоритетах, по которым он жил: «После познания и повиновения Божьей воле, следующей целью должно быть познание Его мудрости, силы и доброты, как свидетельствует об этом Его творение».

Ссылки

1. Эсквайр, Дж. П. Дж. (1843 г.). XXXII. о теплотворной способности магнитоэлектричества и о механической ценности тепла. Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал, 23 (152), 263-276.
2. Джеймс Джоуль — MagLab. Получено 8 июля 2019 г. с сайта nationalmaglab.org.
3. Джеймс Джоуль, Уильям Томсон и концепция идеального газа (2010). Примечания и отчеты Королевского общества, 64 (1), 43-57.
4. Сартон, Г., Майер, Дж. Р., Джоуль, Дж. П., и Карно, С. (1929). Открытие закона сохранения энергии. Исида, 13 (1), 18-44.
5. Янг, Дж. (2015). Тепло, работа и тонкие жидкости: комментарий к джоулям (1850 г.) «О механическом эквиваленте тепла». Философские труды. Серия A, математические, физические и технические науки, 373 (2039) doi: 10.1098 / rsta.2014.0348

Детство и юность

Джеймс Джоуль родился 24 декабря 1818 года в Манчестере, Англия. Он был одним из пяти детей у своих родителей — отца Бенджамина Джоуля, зажиточного пивовара, и матери, Элис Прескотт Джоуль, дочери Джона Прескотта из Уигана.

Джеймс Джоуль был слабым и болезненным, из-за чего не мог посещать школу как все дети его возраста и получил своё начальное образование от своей тёти на дому.

В детстве ему очень нравилось электричество и электрические эффекты; он проводил испытания дома, и в один из таких экспериментов из-за собственной невнимательности он ударил током одного из слуг, который от электрического удара потерял сознание.

С ухудшением здоровья своего отца, Джеймс, которому на тот момент было всего 15 лет, и его старший брат Бенджамин были вынуждены начать работать на пивоварне. В это же время он учился у Джона Дальтона, известного английского химика.

Джоуль Джеймс Прескотт краткая биография

Джеймс Прескотт Джоуль появился на свет 24 декабря 1818 года в семье богатого владельца завода по пивоварению. Хорошее финансовое положение семьи позволило Джеймсу до 15-летнего возраста обучался дома. Он получил прекрасные  знания в области физики, математики и химии, и чувствуя дальнейшее влечение к наукам, Джеймсу Джоулю  захотелось продолжить свое образование. Но судьба распорядилась иначе – через  болезнь отца он вместе со своим старшим братом какое-то время управляли семейным пивоваренным заводом.

Сложившиеся обстоятельства не помешали Джеймсу заниматься наукой . Дома он организовывает физическую лабораторию и начинает производить свои эксперименты. В ходе проведенных  первых работ  на электромоторах, ученый обнаружил следующее —  мощность электрических машин прямо пропорциональна выработке  напряжения и силы тока.

На протяжении 7 лет, начиная с 1847 года, ученый проводил ряд  экспериментов по изучению действия тепла на  электрический ток, проходящий через проводник. Результатом его труда стало открытие пропорциональной  зависимости количества тепла, которое выделяется в проводнике, к сопротивлению данного материала и квадрата силы тока, который проходит через него.

Открытие Джоуля сделало его известным ученым. Ему предложил совместную работу У. Томсон. Они, работая в тендеме, стали, по сути, прародителями всех холодильных установок и холодильников. Джоуль довел, что расширение газа без выполнения любой работы приводит к значительному снижению его температуры. Данный  эффект был назван в честь ученых –  он носит название эффект Джоуля-Томсона.

В 1850 году Британское Королевское общество избрало Джеймса Джоуля действительным членом. А в 1961 году его именем была  названа единица энергии и работы в международной системе СИ.

Джеймс Прескотт Джоуль скончался 11 октября 1889 года.

Это интересно: 1100,Джеймс Максвелл (биография)

Слайд 5Захватывающие эксперименты.В 1839 году Джоуль начал ряд экспериментов, в

которых он исследовал механическую работу, электричество и теплоту. В 1840

году он послал свою работу «Об образовании Теплоты с помощью Вольтовского (Гальванического) Электричества» в Королевское Научное Общество в Лондоне — наверное, самое престижное общество британских учёных. Работа Джоуля не вызвала большого энтузиазма в Королевском Научном Обществе, и было опубликовано лишь краткое изложение полученных им данныхВ 1843 году Джоуль вычислил количество механической работы, которое необходимо для образования эквивалентного количества теплоты. Эта величина была названа «механическим эквивалентом теплоты». Он снова передал данные своих наблюдений на рассмотрение — но на этот раз Британской Ассоциации Развития науки. И опять его работа не вызвала восторженной реакции. Несколько ведущих научных журналов также отказались опубликовать данные исследований Джоуля. Многие учёные сомневались, стоит ли принимать его работу, но Джоуль терпеливо отстаивал свои позиции. Очень часто требуется время для того, чтобы новые идеи получили своё признание, особенно если автором этих идей является непрофессионал в данной области. Данные, полученные Джоулем, бросали вызов калорической теории, которой придерживалось большинство физиков того времени. Согласно той теории, теплота считалась жидким веществом. Другим камнем преткновения для принятия результатов исследований Джоуля было то, что учёным было трудно поверить в невероятную точность его измерений. Но в своих экспериментах Джоуль проявлял упорство и изобретательность. Эти свойства его характера очень помогли ему избежать ошибок и получить гораздо более точные результаты по сравнению с результатами предыдущих экспериментов.

Ранние годы

Джеймс Джоуль родился в 1818 году в семье Бенджамина Джоуля (1784–1858), богатого пивовара, и его жены Элис Прескотт на Нью-Бейли-стрит в Солфорде . В молодости Джоуль обучался у известного ученого Джона Далтона и находился под сильным влиянием химика Уильяма Генри и манчестерских инженеров Питера Юарта и Итона Ходжкинсона . Он был очарован электричеством, и он и его брат экспериментировали, подавая электрический ток друг другу и слугам семьи.

Став взрослым, Джоуль руководил пивоварней. Наука была просто серьезным увлечением. Примерно в 1840 году он начал исследовать возможность замены паровых двигателей пивоварни новым изобретенным электродвигателем . Его первые научные статьи на эту тему были опубликованы в « Анналах электричества» Уильяма Стерджена . Джоуль был членом Лондонского электротехнического общества, основанного Стердженом и другими.

Отчасти мотивированный желанием бизнесмена дать количественную оценку выбранной экономики, а отчасти своей научной любознательностью, он решил определить, какой из основных факторов был более эффективным. Он открыл первый закон Джоуля в 1841 году, что тепла, которое выделяется при соответствующем действии любого гальванического тока пропорциональна квадрату интенсивности этого тока, умноженному на сопротивление к проведению которой он испытывает . Далее он понял, что сжигание фунта угля в паровой машине было более экономичным, чем сжигание дорогостоящего фунта цинка в электрической батарее . Джоуль уловил выход альтернативных методов с точки зрения общего стандарта, способности поднять массу весом один фунт на высоту одного фута, фут-фунта .

Однако интерес Джоуля переключился с узкого финансового вопроса на вопрос о том, сколько работы можно извлечь из данного источника, что привело его к размышлениям о конвертируемости энергии . В 1843 году он опубликовал результаты экспериментов, показывающие, что эффект нагрева, который он количественно оценил в 1841 году, был вызван выделением тепла в проводнике, а не его передачей от другой части оборудования. Это был прямой вызов теории калорийности, согласно которой тепло не может быть создано или уничтожено. Теория калорий доминировала в мышлении в науке о тепле с тех пор, как она была представлена Антуаном Лавуазье в 1783 году. Престиж Лавуазье и практический успех калорийной теории теплового двигателя Сади Карно с 1824 года гарантировали, что молодой Джоуль будет работать вне академических кругов или инженеров. профессия, впереди был непростой путь. Сторонники теории калорийности легко указали на симметрию эффекта Пельтье-Зеебека, чтобы заявить, что тепло и ток могут быть преобразованы, по крайней мере приблизительно, в обратимом процессе .

Примеры

• Средняя энергия теплового движения, приходящаяся на одну степень свободы молекул при температуре 1 : 0,690·10−23 Дж.
• Энергия фотона красного видимого света: 2,61·10−19 Дж.
• Энергия Ферми металлического золота: 8,8·10−19 Дж.
• Атомная единица энергии (энергия Хартри), E_h = m_\mathrm{e} c^2\alpha^2: 4.360·10−18 Дж.
• Дульная энергия пули при выстреле из АКМ: 2,3·103 Дж.
• Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C: 3,35·105 Дж.
• Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент): 4,184·109 Дж.
• Энергия, выделенная при атомной бомбардировке Хиросимы: около 6·1013 Дж.

Ссылки

Сноски

1. OED : «Хотя некоторые люди с этим именем называют себя (dʒaʊl) и другие (dʒəʊl) [формат OED для ], почти наверняка Дж. П. Джоуль (и, по крайней мере, некоторые из его родственников) б/ у (dʒuːl)
2. Единица Джоуля 1 фут-фунт-сила / БТЕ соответствует5,3803 × 10–3 Дж  /кал . Таким образом, оценка Джоуля была4,15 Дж/кал , по сравнению со значением, принятым к началу ХХ в.4,1860 Дж/кал

Цитаты

1. , с. 606.
2. , с. 354.
3. ^ .
4. «История физики в этом месяце: декабрь 1840 г .: реферат Джоуля о преобразовании механической энергии в тепло» .
5. , с. 260.
6. , с. 86.
7. г., стр. 263, 347 и 435.
8. .
9. , с. 171.
10. , стр. 369–383
11. , с. 31.
12. стр. 205–207.
13. г., стр. 61–82.
14. .
15. .
16. , стр. 100–106.
17. , с.  .
18. Реестр смертей GRO: DEC 1889 8a 121 ALTRINCHAM — Джеймс Прескотт Джоуль
19. Кэмерон, Стюарт Д. (nd). «Почетные члены и стипендиаты» . Институт инженеров и судостроителей в Шотландии . Проверено 17 сентября 2019 г.
20. , с. 62.
21. , с. 322.

Источники

• Аллен, HS (1943). «Джеймс Прескотт Джоуль и единица энергии» . Природа . 152 (3856): 354. Бибкод1943Natur.152..354A . дои10.1038/152354a0 . ISSN  0028-0836 . S2CID   .
• Биографический указатель бывших членов Эдинбургского королевского общества 1783–2002 гг . Королевское общество Эдинбурга. Июль 2006 г. ISBN . 0-902-198-84-Х.
• Кардуэлл, Дональд С.Л. (1991). Джеймс Джоуль: биография . Издательство Манчестерского университета. ISBN 978-0-7190-3479-4.
• Холл, Альфред Руперт (1966). Ученые аббатства . Р. и Р. Николсон.
• Мюррей, Джеймс Август Генри (1901). . Оксфорд: Кларендон.
• Сибум, Х.О. (1995). «Переработка механической ценности тепла: точные инструменты и точные жесты в ранней викторианской Англии». Исследования по истории и философии науки . 26 (1): 73–106. Бибкод1995SHPSA..26…73S . doi10.1016/0039-3681(94)00036-9 .
• Томсон, Уильям (1848 г.). «По абсолютной термометрической шкале, основанной на теории движущей силы тепла Карно и рассчитанной на основе наблюдений Реньо». Философский журнал .
• Томсон, Уильям (1882 г.). Математические и физические статьи . Кембридж: Университетское издательство.
• Земанский, Марк В. (1968). Теплота и термодинамика: учебник для среднего уровня (5-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. OCLC   .

Дальнейшее чтение

• Боттомли, Дж. Т. (1882 г.). «Джеймс Прескотт Джоуль» . Природа . 26 (678): 617–620. Бибкод1882Natur..26..617B . дои10.1038/026617a0 .
• Форрестер, Дж. (1975). «Химия и сохранение энергии: работа Джеймса Прескотта Джоуля». Исследования по истории и философии науки . 6 (4): 273–313. Бибкод1975SHPSA…6..273F . doi10.1016/0039-3681(75)90025-4 .
• Фокс, Р., «Джеймс Прескотт Джоуль, 1818–1889», в Норт, Дж. (1969). Ученые середины девятнадцатого века . Эльзевир. стр. 72–103. ISBN 0-7190-3479-5.
• Глейзбрук, Ричард Тетли (1892). «Джоуль, Джеймс Прескотт»  . В Ли, Сидни (ред.). Национальный биографический словарь . Том. 30. Лондон: Смит, Элдер и Ко.
• Рейнольдс, Осборн (1892 г.). . Том. 6. Манчестер, Англия: Манчестерское литературно-философское общество . Проверено 5 марта 2014 г.
• Смит, К. (1998). Наука об энергии: культурная история физики энергии в викторианской Британии . Лондон: Хайнеманн. ISBN 0-485-11431-3.
• Смит, Кросби (6 января 2011 г.). «Джоуль, Джеймс Прескотт». (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. doi10.1093/ref:odnb/15139 . (Требуется подписка или .)
• Смит, К.; Мудрый, Миннесота (1989). Энергия и империя: биографическое исследование лорда Кельвина . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-26173-2.
• Стеффенс, Х. Дж. (1979). Джеймс Прескотт Джоуль и концепция энергии . Ватсон. ISBN 0-88202-170-2.
• Уокер, Джеймс (1950). Физика 4 издание . Пирсон. ISBN 978-0-321-54163-5.
• «Некролог: доктор Джоуль» . Инженер-электрик . Лондон: Biggs & Co (18 октября): 311–312 . 1889. Некролог Джеймса Джоуля.

Прием и приоритет

Прибор Джоуля для измерения механического эквивалента тепла

Большая часть первоначального сопротивления работе Джоуля была связана с ее зависимостью от чрезвычайно точных измерений . Он утверждал, что может измерять температуру с точностью до 1 ⁄ 200 градусов по Фаренгейту (3 мК). Такая точность, безусловно, была редкостью в современной экспериментальной физике, но его сомневающиеся, возможно, пренебрегли его опытом в искусстве пивоварения и его доступом к его практическим технологиям. Ему также умело помогал производитель научных инструментов Джон Бенджамин Дэнсер . Эксперименты Джоуля дополнили теоретическую работу Рудольфа Клаузиуса , которого некоторые считают соавтором концепции энергии.

Джоуль предлагал кинетическую теорию тепла (он считал ее формой вращательной, а не поступательной кинетической энергии ), и это требовало концептуального скачка: если тепло было формой молекулярного движения, почему движение молекулы постепенно отмирают? Идеи Джоуля требовали верить, что столкновения молекул абсолютно упругие

Важно отметить, что само существование атомов и молекул не получило широкого признания еще 50 лет.. Хотя сегодня может быть трудно понять привлекательность теории калорий , в то время казалось, что она имеет некоторые явные преимущества

Успешная теория тепловых двигателей Карно также была основана на предположении о калориях, и только позже лорд Кельвин доказал, что математика Карно была в равной степени верна и без предположения о теплотворной жидкости.

Хотя сегодня может быть трудно понять привлекательность теории калорий , в то время казалось, что она имеет некоторые явные преимущества. Успешная теория тепловых двигателей Карно также была основана на предположении о калориях, и только позже лорд Кельвин доказал, что математика Карно была в равной степени верна и без предположения о теплотворной жидкости.

Однако в Германии Герману Гельмгольцу стало известно как о работе Джоуля, так и об аналогичной работе Юлиуса Роберта фон Майера 1842 года . Хотя обоими мужчинами пренебрегали с момента их соответствующих публикаций, окончательная декларация Гельмгольца 1847 года о сохранении энергии признавала их обоих.

В том же 1847 году еще одну презентацию Джоуля в Британской ассоциации в Оксфорде посетили Джордж Гэбриел Стоукс , Майкл Фарадей и не по годам развитый и индивидуалист Уильям Томсон , позже ставший лордом Кельвином, который только что был назначен профессором естественной философии в университете . Глазго . Стоукс был «склонен быть джулитовым», а Фарадей был «очень поражен этим», хотя и питал сомнения. Томсон был заинтригован, но настроен скептически.

Неожиданно Томсон и Джоуль встретились позже в том же году в Шамони . Джоуль женился на Амелии Граймс 18 августа, и пара отправилась в медовый месяц. Несмотря на супружеский энтузиазм, Джоуль и Томсон несколько дней спустя организовали попытку эксперимента по измерению разницы температур между верхней и нижней частью водопада Каскад-де-Салланш , хотя впоследствии это оказалось непрактичным.

Хотя Томсон чувствовал, что результаты Джоуля требуют теоретического объяснения, он отступил в энергичную защиту школы Карно-Клапейрона. В своем отчете об абсолютной температуре 1848 года Томсон писал, что «преобразование тепла (или калорийности) в механический эффект, вероятно, невозможно, во всяком случае, не обнаружено» — но сноска сигнализировала о его первых сомнениях в теории калорийности, ссылаясь на «очень замечательные открытия Джоуля». Удивительно, но Томсон не отправил Джоулю копию своей статьи, но когда Джоуль в конце концов прочитал ее, он написал Томсону 6 октября, утверждая, что его исследования продемонстрировали преобразование тепла в работу, но что он планирует дальнейшие эксперименты. Томсон ответил 27-го, сообщив, что планирует свои собственные эксперименты и надеется на примирение их взглядов. Хотя Томсон не проводил новых экспериментов, в течение следующих двух лет он все больше разочаровывался в теории Карно и убеждался в теории Джоуля. В своей статье 1851 года Томсон не хотел идти дальше компромисса и заявил, что «вся теория движущей силы тепла основана на двух положениях:

Как только Джоуль прочитал статью, он написал Томсону свои комментарии и вопросы. Так началось плодотворное, хотя и в значительной степени эпистолярное, сотрудничество между двумя мужчинами: Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество длилось с 1852 по 1856 год, его открытия, включая эффект Джоуля-Томсона , и опубликованные результаты во многом способствовали всеобщему признанию работы Джоуля и кинетической теории .

Кар’єра

В 1838 році, у віці дев’ятнадцяти років, Джоуль сконструював електромагнітний двигун.

У 1840 році він замінив парові двигуни, використовувані на пивоварні його батька, на нові — електричні, заради наукового та економічного експерименту, так як хотів домогтися більшої ефективності.

В 1841 році він провів експеримент по встановленню залежності між струмом, опором і виділяються ними теплом в провіднику.

Цей експеримент отримав назву першого закону Джоуля (в російськомовній термінології — закон Джоуля-Ленца).

У 1845 році Джоуль показав світу експеримент з гребним колесом, який допоміг йому зрозуміти ідею збереження енергії. Він говорив, що під час експерименту механічна енергія перетворюється в тепло. Пізніше на базі цього відкриття з’явився закон збереження енергії.

У 1847 році, на одному з його доповідей, він познайомився з Вільямом Томсоном, з яким разом працював над декількома дослідженнями по теплових ефектів. Разом вони представили світу ефект Джоуля-Томсона і абсолютну термодинамічну шкалу.

Эффект Джоуля-Томсона

В 1852 году Джоуль начал работать вместе с Томсоном. Эти два учёных идеально дополняли друг друга — Джоуль, точный и изобретательный экспериментатор, которому не доставало лишь более углубленных знаний в математике, и Томсон, талантливый физик, сильный в математике, который занимался развитием теории, лежащей в основе физики.

К сожалению, в 1854 году после шести лет брака жена Джоуля умерла, и он остался один с маленькими детьми. Вскоре после этого семья Джоуля продала пивоваренный завод. В то время Джоуль жил относительно уединенно. Именно тогда он смог больше времени посвящать научной работе.

На протяжении следующих восьми лет Джоуль вместе с Томсоном работали над несколькими важными экспериментами для подтверждения некоторых предсказаний в новой научной области, термодинамике. Наиболее известные эксперименты касались снижения температуры, связанного с расширением газа без выполнения внешней работы. Это охлаждение газов, которое происходит по мере их расширения, известно как «Эффект Джоуля-Томсона». Этот принцип лёг в основу развития холодильной промышленности.