Laikam nav neviena cilvēka, kurš nezinātu vārdu Džeimss Džoels. Šī fiziķa atklājumus izmanto visā pasaulē. Kādu ceļu izvēlējās zinātnieks? Kādus atklājumus viņš izdarīja?
Izcila fiziķa dzīve
Džeimss Džouls dzimis 1818. gada 24. decembrī. Topošā fiziķa biogrāfija sākas Anglijas pilsētā Salfordā, veiksmīga alus darītavas īpašnieka ģimenē. Zēna mācības notika mājās, kādu laiku viņam fiziku un ķīmiju mācīja Džons D altons. Pateicoties viņam, angļu fiziķis iemīlēja zinātni.
Džoulam nebija laba veselība, viņš daudz laika pavadīja mājās, veicot fiziskus eksperimentus un eksperimentus. Jau 15 gadu vecumā tēva slimības dēļ nācies vadīt alus darītavu kopā ar brāli. Darbs tēva rūpnīcā viņam nedeva iespēju stāties universitātē, tāpēc Džeimss Džouls pilnībā nodevās savai mājas laboratorijai.
No 1838. līdz 1847. gadam fiziķis aktīvi pētīja elektrību un guva pirmos zinātniskos sasniegumus. žurnālā Annals of Electricity viņš publicēja rakstu par elektrību un 1841. gadā atklāja jaunu fizikālo likumu, kas tagad nes viņa vārdu.
1847. gadā Džouls noslēdza savu pirmo un vienīgo laulību ar Amēliju Grimsu. Drīz viņiem būsPiedzimst Alise Amēlija un Bendžamins Artūrs. 1854. gadā nomira viņa sieva un dēls. Pats Džouls mirst 1889. gadā Anglijā, Seilsas pilsētā.
Savas dzīves laikā viņš publicēja aptuveni 97 rakstus fizikā, daži no tiem sarakstīti kopā ar citiem zinātniekiem: Lionu, Tomsonu utt. Par izciliem zinātnes sasniegumiem un atklātajiem fizikas likumiem viņš tika apbalvots ar vairākām medaļām un saņēma diplomu. mūža pensija no Apvienotās Karalistes valdības aptuveni 200 mārciņu apmērā.
Pirmie darbi un eksperimenti
Vērojot tvaika dzinējus sava tēva alus darītavā, Džeimss Džouls nolēma tās nomainīt ar elektriskajām, lai nodrošinātu efektivitāti. 1838. gadā viņš publicēja rakstu zinātniskā žurnālā, kurā apraksta viņa izgudrotā elektromagnētiskā dzinēja ierīci. 1840. gadā alus darītavā parādījās jauni elektromotori, un fiziķis turpināja pētīt elektrisko strāvu un siltuma izdalīšanos. Vēlāk izrādījās, ka tvaika dzinēji bija daudz efektīvāki.
Eksperimentu laikā Džouls izveido termometrus, kas spēj izmērīt temperatūru ar precizitāti līdz 1/200 grādiem. Tas viņam ļauj dziļāk iedziļināties strāvas termiskā efekta izpētē. 1840. gadā, pateicoties turpmākiem novērojumiem, fiziķis atklāj magnētiskā piesātinājuma efektu. Tajā pašā gadā viņš nosūtīja Karaliskajai zinātniskajai biedrībai darbu "Par siltuma veidošanos ar elektriskās strāvas palīdzību". Raksts netika novērtēts. Tikai Mančestras Literatūras un filozofijas žurnāls piekrita to publicēt.
Džoula-Lenca likums
Londonas Zinātniskā biedrība neatzina, raksts vēlāk izrādījās viens no galvenajiemzinātnieka sasniegumi. Rakstā Džeimss Džouls runāja par saistību starp strāvas stiprumu un izdalītā siltuma daudzumu. Viņš apgalvoja, ka siltuma daudzums, kas izdalās vadītājā, ir tieši proporcionāls vadītāja pretestībai, spēka kvadrātam un strāvas pārejas laikam.
Tajā laikā līdzīgu teoriju izstrādāja Emīlijs Lencs. To, ka metāla vadītāja vadītspēja ir atkarīga no temperatūras, krievu fiziķis atklāja tālajā 1832. gadā. Lai precīzi noteiktu temperatūru vadītājā, zinātnieks izgudroja īpašu trauku, kurā tika ieliets spirts. Vads, caur kuru tika nodota strāva, tika nolaista traukā. Tālāk tika izsekots, cik ilgi alkohols uzkarsīs. Džouls Džeimss Preskots izmantoja līdzīgu metodi, bet kā šķidrumu izmantoja ūdeni.
Daudzu gadu pētījumu rezultātus Lencs publicēja tikai 1843. gadā, taču viņa rakstos bija daudz precīzāki zinātniski pamatojumi nekā Džoulam, kura darbu sākumā pat negribējās iespiest. Ņemot vērā Džoula pārākumu un Emīla Lenca precīzus aprēķinus, tika nolemts likumu nosaukt abu vārdā. Laika gaitā Džoula-Lenca likums lika pamatu termodinamikai.
Magnētiskā strikcija
Paralēli elektriskās strāvas īpašībām Džeimss Džouls pēta magnētiskās parādības. 1842. gadā viņš ievēro, ka magnētisko viļņu ietekmē dzelzs mainās izmēri. Ja metāla stieņus ievieto magnētiskajā laukā, to garums kļūs nedaudz garāks.
Zinātniskā sabiedrība apšaubīja jebkāda atklājuma esamību šeit. Izmaiņas stieņu izmērā bijatik nenozīmīgs, ka cilvēka acs to nevarēja uztvert. Bet fiziķis izstrādāja īpašu tehniku, ar kuru viņš ieguva vizuālus pierādījumus.
Vēlāk izrādījās, ka arī citiem metāliem ir šāda ietekme, un pašu parādību sauca par magnetostrikciju. Tagad ir atrasti daudzi pielietojumi Džoula atklāšanai. Piemēram, magnetostriktīvie metāli kalpo kā viļņvada materiāls ūdens līmeņa mērīšanai tvertnēs. Šo parādību izmanto arī, lai izveidotu tagus pretaizdzīšanas sistēmās.
Gāzes eksperimenti
40. gados Džeimss Džouls aktīvi pētīja gāzes īpašības, proti, parādības, kas saistītas ar tās izplešanos un saraušanos. Viņš veica eksperimentu ar retas gāzes izplešanos, vienlaikus pierādot, ka tās iekšējā enerģija nav atkarīga no tilpuma. Svarīga ir tikai gāzes temperatūra.
1848. gadā Džouls pirmo reizi fizikas vēsturē izmērīja gāzes molekulu ātrumu. Šī pieredze bija agrīns darbs pie gāzu kinētiskās teorijas, kas deva impulsu turpmākiem pētījumiem šajā jomā. Džoula darbu vēlāk turpināja skots Džeimss Maksvels.
Par nozīmīgu zinātnisku ieguldījumu angļu fiziķa godā tika nosaukta darba, siltuma un enerģijas daudzuma mērīšanas vienība džouls.
Džouls un Tomsons
Viljams Tomsons ļoti ietekmēja Džoula darbību un viņa atpazīstamību zinātnes pasaulē. Zinātnieki tikās 1847. gadā, kad Džouls Lielbritānijas Zinātnieku asociācijai iesniedza ziņojumu par siltuma mehāniskā ekvivalenta mērījumiem.
Pirms Tomsona Džoula zinātnes aprindās neuztvēra nopietni. Kas zina, varbūt mēs nebūtu zinājuši viņa atklātos fizikas likumus, ja Viljams Tomass nebūtu izskaidrojis to nozīmi britu kopienas “snobiem”.
Kopā fiziķi pētīja gāzu īpašības, atklājot, ka gāze tiek atdzesēta adiabātiskās droseles laikā. Tas ir, gāzes (vai šķidruma) temperatūra samazinās, šķērsojot atveri (izolētu vārstu). Šo parādību sauc par Džoula-Tomsona efektu. Tagad šī parādība tiek izmantota, lai iegūtu zemu temperatūru.
Zinātnieki strādāja arī pie termodinamiskās skalas, kas nosaukta pēc lorda Kelvina titula, kas piederēja Viljamam Tomsonam.
Džeimsa Džoula grēksūdze
Slava un atzinība joprojām pārspēja angļu fiziķi. 50. gados viņš kļuva par Londonas Karaliskās biedrības biedru un tika apbalvots ar Karalisko medaļu. 1866. gadā viņš saņēma Koplija medaļu un vēlāk Alberta medaļu.
Vairākas reizes Džouls kļuva par Lielbritānijas Zinātniskās asociācijas prezidentu. Viņam tika piešķirts tiesību zinātņu doktora grāds Dublinas koledžā, Edinburgas un Oksfordas universitātēs.
Viņam par godu Mančestras rātsnamā atrodas statuja un Vestminsteras abatijā - memoriāls. Mēness tālākajā pusē atrodas Džeimsa Džoula krāteris.
Secinājums
Slavenais zinātnieks, kura vārds ir dots fizikas likumiem un mērvienībām, nevarēja panākt atzinību. Pateicoties viņamneatlaidība un darbs, viņš neapstājās pirms daudzām neveiksmēm. Galu galā viņš pierādīja tiesības uz savu vietu zem saules vai vismaz uz Mēness krātera.
