Pravdepodobne neexistuje žiadna osoba, ktorá by nepoznala meno James Joel. Objavy tohto fyzika sa využívajú po celom svete. Akou cestou sa vydal vedec? Aké objavy urobil?
Život vynikajúceho fyzika
James Joule sa narodil 24. decembra 1818. Biografia budúceho fyzika sa začína v anglickom mestečku Salford, v rodine úspešného majiteľa pivovaru. Vzdelávanie chlapca prebiehalo doma, nejaký čas ho učil fyziku a chémiu John D alton. Vďaka nemu sa anglický fyzik zamiloval do vedy.
Joule nemal dobré zdravie, veľa času trávil doma vykonávaním fyzikálnych experimentov a experimentov. Už ako 15-ročný musel pre chorobu otca riadiť pivovar s bratom. Práca v továrni jeho otca mu nedala príležitosť ísť na univerzitu, a tak sa James Joule venoval výlučne svojmu domácemu laboratóriu.
V rokoch 1838 až 1847 fyzik aktívne študoval elektrinu a urobil svoj prvý vedecký pokrok. V Annals of Electricity publikoval článok o elektrine av roku 1841 objavil nový fyzikálny zákon, ktorý teraz nesie jeho meno.
V roku 1847 uzavrel Joule svoje prvé a jediné manželstvo s Ameliou Grimes. Čoskoro majúNarodili sa Alice Amelia a Benjamin Arthur. V roku 1854 mu zomrela manželka a syn. Joule sám zomiera v roku 1889 v Anglicku, v meste Sale.
Počas svojho života publikoval asi 97 prác z fyziky, niektoré z nich napísal spoločne s inými vedcami: Lyon, Thomson atď. Za vynikajúce vedecké úspechy a objavenie fyzikálnych zákonov mu bolo udelených niekoľko medailí a získal doživotný dôchodok od vlády Spojeného kráľovstva vo výške približne 200 libier.
Prvé práce a experimenty
Pri pozorovaní parných strojov v otcovom pivovare sa James Joule rozhodol nahradiť ich elektrickými kvôli efektívnosti. V roku 1838 publikoval vo vedeckom časopise článok, v ktorom popisuje zariadenie elektromagnetického motora, ktorý vynašiel. V roku 1840 sa v pivovare objavili nové elektromotory a fyzik pokračoval v štúdiu elektrického prúdu a uvoľňovania tepla. Neskôr sa ukázalo, že parné stroje boli oveľa efektívnejšie.
Počas experimentov Joule vytvára teplomery, ktoré dokážu merať teplotu s presnosťou 1/200 stupňov. To mu umožňuje hlbšie sa ponoriť do štúdia tepelného účinku prúdu. V roku 1840 fyzik vďaka ďalším pozorovaniam objavuje vplyv magnetickej saturácie. V tom istom roku zaslal Kráľovskej vedeckej spoločnosti prácu „O tvorbe tepla pomocou elektrického prúdu“. Článok nebol hodnotený. Iba Manchester Literary and Philosophical Journal súhlasil s jeho zverejnením.
Joule-Lenzov zákon
Článok, ktorý neuznala Londýnska vedecká spoločnosť, sa neskôr ukázalo ako jeden z hlavnýchúspechy vedcov. James Joule v článku hovoril o vzťahu medzi silou prúdu a množstvom uvoľneného tepla. Tvrdil, že množstvo tepla, ktoré sa uvoľní vo vodiči, je priamo úmerné odporu vodiča, štvorcu sily a času prechodu prúdu.
V tom čase podobnú teóriu vypracoval Emilius Lenz. Skutočnosť, že vodivosť kovového vodiča závisí od teploty, objavil ruský fyzik už v roku 1832. Na presné určenie teploty vo vodiči vynašiel vedec špeciálnu nádobu, do ktorej sa nalial alkohol. Drôt, ktorým prechádzal prúd, bol spustený do nádoby. Ďalej sa sledovalo, ako dlho sa alkohol zahrieva. Joule James Prescott použil podobnú metódu, ale ako kvapalinu použil vodu.
Výsledky dlhoročných výskumov, ktoré Lenz publikoval až v roku 1843, ale v jeho spisoch boli presnejšie vedecké zdôvodnenia ako Joule, ktorého práce spočiatku ani nechceli tlačiť. Vzhľadom na prvenstvo Joule a presné výpočty Emila Lenza bolo rozhodnuté pomenovať zákon po oboch. Postupom času položil Joule-Lenzov zákon základy termodynamiky.
Magnetostriction
Paralelne s vlastnosťami elektrického prúdu študuje James Joule magnetické javy. V roku 1842 si všimne, že železo sa vplyvom magnetických vĺn mení. Ak sú kovové tyče umiestnené v magnetickom poli, ich dĺžka sa o niečo predĺži.
Vedecká komunita pochybovala o existencii nejakého objavu. Zmena veľkosti prútov bolataký nepatrný, že ho ľudské oko nedokázalo zachytiť. Fyzik však vyvinul špeciálnu techniku, pomocou ktorej získal vizuálny dôkaz.
Neskôr sa ukázalo, že tento účinok majú aj iné kovy a samotný jav sa nazýval magnetostrikcia. Teraz sa našlo veľa aplikácií na objavenie Joule. Napríklad magnetostrikčné kovy slúžia ako materiál vlnovodu na meranie hladiny vody v nádržiach. Tento jav sa používa aj na výrobu štítkov v systémoch proti krádeži.
Experimenty s plynom
V 40. rokoch James Joule aktívne študoval vlastnosti plynu, konkrétne javy spojené s jeho expanziou a kontrakciou. Uskutočnil experiment s expanziou riedeného plynu, pričom dokázal, že jeho vnútorná energia nezávisí od objemu. Dôležitá je iba teplota plynu.
V roku 1848 Joule prvýkrát v histórii fyziky zmeral rýchlosť molekúl plynu. Táto skúsenosť bola ranou prácou na kinetickej teórii plynov, ktorá dala impulz pre ďalší výskum v tejto oblasti. V Jouleovej práci neskôr pokračoval Škót James Maxwell.
Za významný vedecký prínos na počesť anglického fyzika bola jednotka na meranie práce, množstva tepla a energie pomenovaná Joule.
Joule a Thomson
William Thomson mal obrovský vplyv na Jouleove aktivity a jeho uznanie vo vedeckom svete. Vedci sa stretli v roku 1847, keď Joule predložil správu o meraniach mechanického ekvivalentu tepla Britskej asociácii vedcov.
Predtým, než sa Thomson Joule vo vedeckých kruhoch nebral vážne. Ktovie, možno by sme nepoznali fyzikálne zákony, ktoré objavil, keby William Thomas nevysvetlil ich dôležitosť „snobom“z britskej komunity.
Fyzici spolu študovali vlastnosti plynov a zistili, že plyn sa ochladzuje počas adiabatického škrtenia. To znamená, že teplota plynu (alebo kvapaliny) klesá počas prechodu cez otvor (izolovaný ventil). Tento jav sa nazýva Joule-Thomsonov efekt. Teraz sa tento jav používa na získanie nízkych teplôt.
Vedci pracovali aj na termodynamickej škále pomenovanej podľa titulu Lorda Kelvina, ktorý patril Williamovi Thomsonovi.
Priznanie Jamesa Joule
Anglického fyzika predsa len predstihla sláva a uznanie. V 50. rokoch sa stal členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne a získal Kráľovskú medailu. V roku 1866 dostal Copleyovu medailu a neskôr Albertovu medailu.
Joule sa niekoľkokrát stal prezidentom Britskej vedeckej asociácie. Získal titul doktora práv na univerzitách Dublin College, Edinburgh a Oxford.
Na radnici v Manchestri je na jeho počesť socha a vo Westminsterskom opátstve je pamätník. Na odvrátenej strane Mesiaca je kráter James Joule.
Záver
Slávny vedec, ktorého meno je dané fyzikálnymi zákonmi a jednotkami merania, nedokázal dosiahnuť uznanie. Vďaka jehovytrvalosťou a prácou sa nezastavil pred početnými neúspechmi. Nakoniec dokázal právo na svoje miesto pod slnkom alebo aspoň na mesačnom kráteri.
