Tikriausiai nėra žmogaus, kuris nežinotų Jameso Joelio vardo. Šio fiziko atradimai naudojami visame pasaulyje. Kokiu keliu pasuko mokslininkas? Kokius atradimus jis padarė?
Puikus fiziko gyvenimas
James Joule gimė 1818 m. gruodžio 24 d. Būsimo fiziko biografija prasideda Anglijos mieste Salforde, sėkmingo alaus daryklos savininko šeimoje. Berniuko mokslas vyko namuose, kurį laiką fizikos ir chemijos jį mokė Johnas D altonas. Jo dėka anglų fizikas pamilo mokslą.
Joule'as nebuvo geros sveikatos, jis daug laiko praleido namuose, atlikdamas fizinius eksperimentus ir eksperimentus. Jau būdamas 15 metų dėl tėvo ligos jam su broliu teko vadovauti bravorui. Darbas tėvo gamykloje nesuteikė jam galimybės stoti į universitetą, todėl Jamesas Joule'as visiškai atsidavė savo namų laboratorijai.
1838–1847 m. fizikas aktyviai studijavo elektrą ir padarė pirmąją mokslo pažangą. Leidinyje „Annals of Electricity“jis paskelbė straipsnį apie elektrą ir 1841 m. atrado naują fizikinį dėsnį, kuris dabar vadinamas jo vardu.
1847 m. Joule sudarė savo pirmąją ir vienintelę santuoką su Amelia Grimes. Netrukus jie turiGimė Alice Amelia ir Benjaminas Arthuras. 1854 m. mirė jo žmona ir sūnus. Pats Džoulis miršta 1889 m. Anglijoje, Sale mieste.
Per savo gyvenimą jis paskelbė apie 97 fizikos straipsnius, kai kurie iš jų parašyti kartu su kitais mokslininkais: Lionu, Thomsonu ir kt. Už išskirtinius mokslo pasiekimus ir atrastus fizikos dėsnius jis buvo apdovanotas keliais medaliais ir diplomu. JK vyriausybės pensija iki gyvos galvos – apie 200 svarų.
Pirmieji darbai ir eksperimentai
Stebėdamas garo variklius savo tėvo alaus darykloje, Jamesas Joule'as nusprendė juos pakeisti elektriniais, kad padidintų efektyvumą. 1838 m. jis paskelbė straipsnį moksliniame žurnale, kuriame aprašo jo išrastą elektromagnetinio variklio įtaisą. 1840 metais alaus darykloje atsirado nauji elektros varikliai, fizikas toliau tyrinėjo elektros srovę ir šilumos išsiskyrimą. Vėliau paaiškėjo, kad garo varikliai buvo daug efektyvesni.
Eksperimentų metu Joule kuria termometrus, kurie gali matuoti temperatūrą 1/200 laipsnių tikslumu. Tai leidžia jam gilintis į srovės šiluminio poveikio tyrimą. 1840 m., tolesnių stebėjimų dėka, fizikas atranda magnetinio prisotinimo poveikį. Tais pačiais metais jis išsiuntė Karališkajai mokslo draugijai darbą „Apie šilumos susidarymą elektros srove“. Straipsnis nebuvo įvertintas. Jį leisti sutiko tik Mančesterio literatūros ir filosofijos žurnalas.
Joule-Lenz įstatymas
Londono mokslinės draugijos nepripažintas straipsnis vėliau pasirodė esąs vienas pagrindiniųmokslininko pasiekimai. Straipsnyje Jamesas Joule'as kalbėjo apie srovės stiprumo ir išsiskiriančios šilumos kiekio ryšį. Jis teigė, kad šilumos kiekis, išsiskiriantis laidininke, yra tiesiogiai proporcingas laidininko varžai, jėgos kvadratui ir srovės pratekėjimo laikui.
Tuo metu panašią teoriją sukūrė Emilius Lenzas. Tai, kad metalinio laidininko laidumas priklauso nuo temperatūros, rusų fizikas atrado dar 1832 m. Norėdami tiksliai nustatyti temperatūrą laidininke, mokslininkas išrado specialų indą, į kurį buvo pilamas alkoholis. Viela, per kurią buvo leidžiama srovė, buvo nuleista į indą. Toliau buvo stebima, kiek laiko alkoholis kais. Joule'as Jamesas Prescottas naudojo panašų metodą, bet kaip skystį naudojo vandenį.
Daug metų trukusių tyrimų rezultatus Lencas paskelbė tik 1843 m., tačiau jo raštuose buvo tikslesni moksliniai pagrindimai nei Džaulio, kurio darbai iš pradžių net nenorėjo būti spausdinami. Atsižvelgiant į Džaulio pirmenybę ir tikslius Emilio Lenzo skaičiavimus, buvo nuspręsta įstatymą pavadinti abiejų vardu. Laikui bėgant Džaulio-Lenco dėsnis padėjo pagrindą termodinamikai.
Magnetostrikcija
Lygiagrečiai su elektros srovės savybėmis Jamesas Joule'as tiria magnetinius reiškinius. 1842 m. jis pastebi, kad geležies dydis keičiasi veikiant magnetinėms bangoms. Jei metaliniai strypai dedami į magnetinį lauką, jų ilgis šiek tiek pailgės.
Mokslo bendruomenė suabejojo, ar čia yra koks nors atradimas. Strypų dydžio pasikeitimas buvotoks nereikšmingas, kad žmogaus akis negalėjo jo pagauti. Tačiau fizikas sukūrė specialią techniką, kurią naudodamas gavo vaizdinius įrodymus.
Vėliau paaiškėjo, kad tokį poveikį turi ir kiti metalai, o pats reiškinys buvo vadinamas magnetostrikcija. Dabar buvo rasta daug pritaikymų Džaulio atradimui. Pavyzdžiui, magnetostrikciniai metalai naudojami kaip bangolaidžio medžiaga vandens lygiui rezervuaruose matuoti. Šis reiškinys taip pat naudojamas kuriant žymas apsaugos nuo vagystės sistemose.
Dujų eksperimentai
40-ajame dešimtmetyje Jamesas Joule'as aktyviai tyrinėjo dujų savybes, būtent reiškinius, susijusius su jų plėtimu ir susitraukimu. Jis atliko suretintų dujų plėtimosi eksperimentą, įrodydamas, kad jų vidinė energija nepriklauso nuo tūrio. Svarbu tik dujų temperatūra.
1848 m. Džaulis pirmą kartą fizikos istorijoje išmatavo dujų molekulių greitį. Ši patirtis buvo ankstyvas dujų kinetinės teorijos darbas, suteikęs impulsą tolesniems šios srities tyrimams. Vėliau Džoulio darbą tęsė škotas Jamesas Maxwellas.
Už reikšmingą mokslinį indėlį anglų fiziko garbei buvo pavadintas darbo, šilumos ir energijos kiekio matavimo vienetas Džaulis.
Joule ir Thomson
William Thomson padarė didžiulę įtaką Joule veiklai ir jo pripažinimui mokslo pasaulyje. Mokslininkai susitiko 1847 m., kai Džoulas pateikė ataskaitą apie mechaninio šilumos ekvivalento matavimus Didžiosios Britanijos mokslininkų asociacijai.
Prieš Thomson Joule moksliniuose sluoksniuose nebuvo vertinamas rimtai. Kas žino, galbūt nebūtume žinoję jo atrastų fizikos dėsnių, jei Williamas Thomas nebūtų paaiškinęs jų svarbos britų bendruomenės „snobams“.
Kartu fizikai tyrinėjo dujų savybes ir išsiaiškino, kad dujos atšaldomos adiabatinio droselio metu. Tai reiškia, kad dujų (arba skysčio) temperatūra praeina pro angą (izoliuotą vožtuvą). Reiškinys vadinamas Džaulio-Tomsono efektu. Dabar šis reiškinys naudojamas žemai temperatūrai pasiekti.
Mokslininkai taip pat dirbo su termodinamine skale, pavadinta lordo Kelvino titulu, kuris priklausė Williamui Thomsonui.
Džeimso Džaulio išpažintis
Šlovė ir pripažinimas vis tiek aplenkė anglų fiziką. 1950-aisiais jis tapo Londono karališkosios draugijos nariu ir buvo apdovanotas Karališkuoju medaliu. 1866 m. jis gavo Copley, o vėliau Alberto medalį.
Kelis kartus Džaulis tapo Britanijos mokslo asociacijos prezidentu. Dublino koledže, Edinburgo ir Oksfordo universitetuose jam buvo suteiktas teisės daktaro laipsnis.
Jo garbei yra statula Mančesterio miesto rotušėje ir memorialas Vestminsterio abatijoje. Tolimoje Mėnulio pusėje yra James Joule krateris.
Išvada
Žymusis mokslininkas, kurio vardas suteiktas fizikos dėsniams ir matavimo vienetams, negalėjo pasiekti pripažinimo. Jo dėkaatkaklumo ir darbo, jis nesustojo prieš daugybę nesėkmių. Galų gale jis įrodė teisę į savo vietą po saule arba bent jau ant Mėnulio kraterio.
