Μάλλον δεν υπάρχει άτομο που να μην γνωρίζει το όνομα Τζέιμς Τζόελ. Οι ανακαλύψεις αυτού του φυσικού χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο. Τι δρόμο ακολούθησε ο επιστήμονας; Τι ανακαλύψεις έκανε;
Η ζωή ενός εξαιρετικού φυσικού
Ο Τζέιμς Τζουλ γεννήθηκε στις 24 Δεκεμβρίου 1818. Η βιογραφία του μελλοντικού φυσικού ξεκινά στην αγγλική πόλη Salford, στην οικογένεια ενός επιτυχημένου ιδιοκτήτη ζυθοποιίας. Η εκπαίδευση του αγοριού έγινε στο σπίτι, για κάποιο διάστημα διδάχθηκε φυσική και χημεία από τον John D alton. Χάρη σε αυτόν, ο Άγγλος φυσικός ερωτεύτηκε την επιστήμη.
Ο Τζουλ δεν είχε καλή υγεία, περνούσε πολύ χρόνο στο σπίτι, κάνοντας σωματικά πειράματα και πειράματα. Ήδη σε ηλικία 15 ετών, λόγω της ασθένειας του πατέρα του, χρειάστηκε να διαχειριστεί το ζυθοποιείο μαζί με τον αδερφό του. Η δουλειά στο εργοστάσιο του πατέρα του δεν του έδωσε την ευκαιρία να πάει στο πανεπιστήμιο, έτσι ο James Joule αφοσιώθηκε ολοκληρωτικά στο εργαστήριο του σπιτιού του.
Από το 1838 έως το 1847, ο φυσικός μελέτησε ενεργά τον ηλεκτρισμό και έκανε την πρώτη του επιστημονική πρόοδο. Στο Annals of Electricity, δημοσίευσε ένα άρθρο για τον ηλεκτρισμό και το 1841 ανακάλυψε έναν νέο φυσικό νόμο, που τώρα φέρει το όνομά του.
Το 1847, ο Joule έκανε τον πρώτο και μοναδικό γάμο του με την Amelia Grimes. Σύντομα έχουνΗ Alice Amelia και ο Benjamin Arthur γεννιούνται. Το 1854 πέθανε η γυναίκα και ο γιος του. Ο ίδιος ο Joule πεθαίνει το 1889 στην Αγγλία, στην πόλη Sale.
Σε όλη του τη ζωή, δημοσίευσε περίπου 97 εργασίες στη φυσική, μερικές από τις οποίες γράφτηκαν από κοινού με άλλους επιστήμονες: Λυών, Τόμσον κ.λπ. Για εξαιρετικά επιστημονικά επιτεύγματα και ανακάλυψε τους νόμους της φυσικής, του απονεμήθηκαν πολλά μετάλλια ισόβια σύνταξη από την κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου ύψους περίπου 200 λιρών.
Πρώτες εργασίες και πειράματα
Καθώς παρατηρούσε τις ατμομηχανές στο ζυθοποιείο του πατέρα του, ο James Joule αποφάσισε να τις αντικαταστήσει με ηλεκτρικές για αποτελεσματικότητα. Το 1838, δημοσίευσε ένα άρθρο σε ένα επιστημονικό περιοδικό στο οποίο περιγράφει τη συσκευή μιας ηλεκτρομαγνητικής μηχανής που εφηύρε. Το 1840, νέοι ηλεκτρικοί κινητήρες εμφανίστηκαν στο ζυθοποιείο και ο φυσικός συνέχισε να μελετά το ηλεκτρικό ρεύμα και την απελευθέρωση θερμότητας. Αργότερα αποδείχθηκε ότι οι ατμομηχανές ήταν πολύ πιο αποδοτικές.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο Joule δημιουργεί θερμόμετρα που μπορούν να μετρήσουν τη θερμοκρασία με ακρίβεια 1/200 μοιρών. Αυτό του επιτρέπει να εμβαθύνει στη μελέτη της θερμικής επίδρασης του ρεύματος. Το 1840, χάρη σε περαιτέρω παρατηρήσεις, ο φυσικός ανακαλύπτει την επίδραση του μαγνητικού κορεσμού. Την ίδια χρονιά, έστειλε στη Βασιλική Επιστημονική Εταιρεία την εργασία «Περί σχηματισμού θερμότητας μέσω ηλεκτρικού ρεύματος». Το άρθρο δεν βαθμολογήθηκε. Μόνο το Manchester Literary and Philosophical Journal συμφώνησε να το δημοσιεύσει.
Νόμος Joule-Lenz
Μη αναγνωρισμένο από την Επιστημονική Εταιρεία του Λονδίνου, το άρθρο αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν ένα από τα κύριατα επιτεύγματα του επιστήμονα. Στο άρθρο, ο James Joule μίλησε για τη σχέση μεταξύ της τρέχουσας ισχύος και της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται. Υποστήριξε ότι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται στον αγωγό είναι ευθέως ανάλογη με την αντίσταση του αγωγού, το τετράγωνο της δύναμης και το χρόνο διέλευσης του ρεύματος.
Την εποχή εκείνη, μια παρόμοια θεωρία αναπτύχθηκε από τον Emilius Lenz. Το γεγονός ότι η αγωγιμότητα ενός μεταλλικού αγωγού εξαρτάται από τη θερμοκρασία ανακαλύφθηκε από έναν Ρώσο φυσικό το 1832. Για να προσδιορίσει με ακρίβεια τη θερμοκρασία στον αγωγό, ο επιστήμονας εφηύρε ένα ειδικό δοχείο στο οποίο χύθηκε αλκοόλ. Το σύρμα από το οποίο περνούσε το ρεύμα κατέβηκε στο δοχείο. Στη συνέχεια, παρακολουθήθηκε πόσο καιρό θα ζεσταθεί το αλκοόλ. Ο Joule James Prescott χρησιμοποίησε παρόμοια μέθοδο, αλλά χρησιμοποίησε νερό ως υγρό.
Τα αποτελέσματα πολλών ετών έρευνας ο Lenz δημοσίευσε μόλις το 1843, αλλά στα γραπτά του υπήρχαν πιο ακριβείς επιστημονικές αιτιολογήσεις από αυτή του Joule, του οποίου το έργο στην αρχή δεν ήθελε καν να τυπωθεί. Δεδομένης της πρωτοκαθεδρίας του Joule και των ακριβών υπολογισμών του Emil Lenz, αποφασίστηκε να ονομαστεί ο νόμος και από τους δύο. Με τον καιρό, ο νόμος Joule-Lenz έθεσε τα θεμέλια για τη θερμοδυναμική.
Μαγνητοσυστολή
Παράλληλα με τις ιδιότητες του ηλεκτρικού ρεύματος, ο James Joule μελετά τα μαγνητικά φαινόμενα. Το 1842, παρατηρεί ότι ο σίδηρος αλλάζει σε μέγεθος υπό την επίδραση των μαγνητικών κυμάτων. Εάν οι μεταλλικές ράβδοι τοποθετηθούν σε μαγνητικό πεδίο, το μήκος τους θα γίνει ελαφρώς μεγαλύτερο.
Η επιστημονική κοινότητα αμφισβήτησε την ύπαρξη οποιασδήποτε ανακάλυψης εδώ. Η αλλαγή στο μέγεθος των ράβδων ήταντόσο ασήμαντο που δεν μπορούσε να το πιάσει το ανθρώπινο μάτι. Όμως ο φυσικός ανέπτυξε μια ειδική τεχνική με την οποία απέκτησε οπτικά στοιχεία.
Αργότερα αποδείχθηκε ότι και άλλα μέταλλα έχουν αυτό το αποτέλεσμα, και το ίδιο το φαινόμενο ονομάστηκε μαγνητοσυστολή. Τώρα, έχουν βρεθεί πολλές εφαρμογές για την ανακάλυψη του Joule. Για παράδειγμα, τα μαγνητοσυστολικά μέταλλα χρησιμεύουν ως υλικό ενός κυματοδηγού για τη μέτρηση της στάθμης του νερού στις δεξαμενές. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται επίσης για τη δημιουργία ετικετών σε αντικλεπτικά συστήματα.
Πειράματα αερίου
Στη δεκαετία του '40, ο James Joule μελέτησε ενεργά τις ιδιότητες του αερίου, δηλαδή τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη διαστολή και τη συστολή του. Διεξήγαγε ένα πείραμα με τη διαστολή ενός αραιωμένου αερίου, ενώ απέδειξε ότι η εσωτερική του ενέργεια δεν εξαρτάται από τον όγκο. Σημασία έχει μόνο η θερμοκρασία του αερίου.
Το 1848, ο Joule μέτρησε την ταχύτητα των μορίων αερίου για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικής. Αυτή η εμπειρία ήταν μια πρώιμη εργασία για την κινητική θεωρία των αερίων, δίνοντας ώθηση για περαιτέρω έρευνα σε αυτόν τον τομέα. Το έργο του Joule συνεχίστηκε αργότερα από τον Σκωτσέζο James Maxwell.
Για σημαντική επιστημονική συνεισφορά προς τιμήν του Άγγλου φυσικού, ονομάστηκε η μονάδα μέτρησης της εργασίας, της ποσότητας θερμότητας και ενέργειας, το Joule.
Joule and Thomson
Ο William Thomson είχε τεράστιο αντίκτυπο στις δραστηριότητες του Joule και στην αναγνώρισή του στον επιστημονικό κόσμο. Οι επιστήμονες συναντήθηκαν το 1847 όταν ο Joule παρουσίασε μια έκθεση για τις μετρήσεις του μηχανικού ισοδύναμου θερμότητας στη Βρετανική Ένωση Επιστημόνων.
Πριν από τον Thomson Joule δεν λαμβάνονταν σοβαρά υπόψη στους επιστημονικούς κύκλους. Ποιος ξέρει, ίσως δεν θα γνωρίζαμε τους νόμους της φυσικής που ανακάλυψε αν ο William Thomas δεν είχε εξηγήσει τη σημασία τους στους «σνομπ» της βρετανικής κοινότητας.
Μαζί, οι φυσικοί μελέτησαν τις ιδιότητες των αερίων, ανακαλύπτοντας ότι το αέριο ψύχεται κατά τη διάρκεια του αδιαβατικού στραγγαλισμού. Δηλαδή, η θερμοκρασία του αερίου (ή του υγρού) μειώνεται κατά τη διέλευση από το στόμιο (απομονωμένη βαλβίδα). Το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Joule-Thomson. Τώρα αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται για τη λήψη χαμηλών θερμοκρασιών.
Οι επιστήμονες εργάστηκαν επίσης στη θερμοδυναμική κλίμακα, που πήρε το όνομά του από τον τίτλο του Λόρδου Κέλβιν, ο οποίος ανήκε στον Γουίλιαμ Τόμσον.
ομολογία Τζέιμς Τζουλ
Η φήμη και η αναγνώριση εξακολουθούν να ξεπερνούν τον Άγγλο φυσικό. Τη δεκαετία του 1950 έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου και του απονεμήθηκε το Βασιλικό Μετάλλιο. Το 1866 έλαβε το μετάλλιο Copley και αργότερα το μετάλλιο Albert.
Πολλές φορές ο Joule έγινε Πρόεδρος της Βρετανικής Επιστημονικής Ένωσης. Του απονεμήθηκαν πτυχία Διδάκτωρ Νομικών από τα Πανεπιστήμια του Δουβλίνου, του Εδιμβούργου και της Οξφόρδης.
Υπάρχει ένα άγαλμα προς τιμήν του στο Δημαρχείο του Μάντσεστερ και ένα μνημείο στο Αβαείο του Γουέστμινστερ. Υπάρχει ένας κρατήρας James Joule στην μακρινή πλευρά της Σελήνης.
Συμπέρασμα
Ο διάσημος επιστήμονας, του οποίου το όνομα δίνεται στους νόμους της φυσικής και στις μονάδες μέτρησης, δεν μπόρεσε να επιτύχει την αναγνώριση. Χάρη στο δικό τουεπιμονή και δουλειά, δεν σταμάτησε πριν από πολλές αποτυχίες. Στο τέλος, απέδειξε το δικαίωμα στη θέση του κάτω από τον ήλιο, ή τουλάχιστον σε έναν σεληνιακό κρατήρα.
