Verovatno ne postoji osoba koja ne zna ime James Joel. Otkrića ovog fizičara koriste se širom svijeta. Kojim je putem krenuo naučnik? Do kojih otkrića je došao?
Život izuzetnog fizičara
James Joule rođen je 24. decembra 1818. Biografija budućeg fizičara počinje u engleskom gradu Salfordu, u porodici uspješnog vlasnika pivare. Dječakovo obrazovanje odvijalo se kod kuće, neko vrijeme ga je podučavao fiziku i hemiju John D alton. Zahvaljujući njemu, engleski fizičar se zaljubio u nauku.
Joule nije imao dobro zdravlje, provodio je dosta vremena kod kuće, vršeći fizičke eksperimente i eksperimente. Već sa 15 godina, zbog bolesti oca, morao je sa bratom da upravlja pivarom. Rad u fabrici njegovog oca nije mu dao priliku da ode na univerzitet, pa se James Joule u potpunosti posvetio svojoj kućnoj laboratoriji.
Od 1838. do 1847. godine, fizičar je aktivno proučavao elektricitet i napravio svoj prvi naučni napredak. U Annals of Electricity objavio je članak o elektricitetu i 1841. otkrio novi fizički zakon, koji sada nosi njegovo ime.
Godine 1847, Joule je stupio u svoj prvi i jedini brak sa Amelijom Grims. Uskoro jesuRođeni su Alice Amelia i Benjamin Arthur. Godine 1854. umrli su mu žena i sin. Sam Joule umire 1889. godine u Engleskoj, u gradu Sale.
Tokom svog života objavio je oko 97 radova iz fizike, od kojih su neki pisani zajedno sa drugim naučnicima: Lyonom, Thomsonom, itd. Za izuzetna naučna dostignuća i otkrivene zakone fizike, odlikovan je više medalja i doživotna penzija od vlade UK u iznosu od oko 200 funti.
Prvi radovi i eksperimenti
Dok je posmatrao parne mašine u pivari svog oca, Džejms Džoul je odlučio da ih zameni električnim radi efikasnosti. Godine 1838. objavio je članak u naučnom časopisu u kojem opisuje uređaj elektromagnetnog motora koji je izumio. Godine 1840. u pivari su se pojavili novi električni motori, a fizičar je nastavio proučavati električnu struju i oslobađanje topline. Kasnije se ispostavilo da su parne mašine bile mnogo efikasnije.
Tokom eksperimenata, Joule stvara termometre koji mogu mjeriti temperaturu sa tačnošću od 1/200 stepeni. To mu omogućava da dublje uđe u proučavanje toplotnog efekta struje. 1840. godine, zahvaljujući daljim zapažanjima, fizičar otkriva efekat magnetskog zasićenja. Iste godine poslao je Kraljevskom naučnom društvu rad „O formiranju toplote pomoću električne struje“. Članak nije ocijenjen. Samo je Manchester Literary and Philosophical Journal pristao da ga objavi.
Joule-Lenz zakon
Neprepoznat od strane Londonskog naučnog društva, članak se kasnije ispostavilo da je jedan od glavnihdostignuća naučnika. U članku je James Joule govorio o odnosu između trenutne snage i količine oslobođene topline. On je tvrdio da je količina toplote koja se oslobađa u provodniku direktno proporcionalna otporu provodnika, kvadratu sile i vremenu prolaska struje.
U to vrijeme, sličnu teoriju razvio je Emilius Lenz. Činjenicu da provodljivost metalnog provodnika zavisi od temperature otkrio je ruski fizičar još 1832. godine. Da bi precizno odredio temperaturu u provodniku, naučnik je izumio posebnu posudu u koju se sipa alkohol. Žica kroz koju je prolazila struja spuštena je u posudu. Zatim se pratilo koliko dugo će se alkohol zagrijavati. Joule James Prescott je koristio sličnu metodu, ali je koristio vodu kao tekućinu.
Rezultate dugogodišnjeg istraživanja Lenz je objavio tek 1843. godine, ali u njegovim spisima bilo je preciznijih naučnih opravdanja od Jouleovog, čiji rad u početku nije htio ni da bude štampan. S obzirom na primat Joulea i tačne proračune Emila Lenza, odlučeno je da se zakon nazove po oba. Vremenom je Joule-Lenzov zakon postavio temelje termodinamike.
Magnetostrikcija
Paralelno sa svojstvima električne struje, James Joule proučava magnetne fenomene. Godine 1842. primjećuje da se željezo mijenja u veličini pod utjecajem magnetnih valova. Ako se metalne šipke stave u magnetsko polje, njihova dužina će postati nešto veća.
Naučna zajednica je sumnjala u postojanje bilo kakvog otkrića ovdje. Promjena veličine štapova je bilatoliko beznačajan da ga ljudsko oko nije moglo uhvatiti. Ali fizičar je razvio posebnu tehniku kojom je dobio vizuelne dokaze.
Kasnije se ispostavilo da i drugi metali imaju ovaj efekat, a sam fenomen je nazvan magnetostrikcija. Sada su pronađene mnoge primjene za otkriće Joulea. Na primjer, magnetostriktivni metali služe kao materijal valovoda za mjerenje nivoa vode u rezervoarima. Ovaj fenomen se takođe koristi za pravljenje oznaka u sistemima protiv krađe.
Eksperimenti sa gasom
40-ih godina, James Joule je aktivno proučavao svojstva plina, odnosno fenomene povezane s njegovim širenjem i kontrakcijom. Izveo je eksperiment sa ekspanzijom razrijeđenog plina, dok je dokazao da njegova unutrašnja energija ne ovisi o zapremini. Bitna je samo temperatura plina.
1848. Joule je izmjerio brzinu molekula plina po prvi put u historiji fizike. Ovo iskustvo je bilo rani rad na kinetičkoj teoriji gasova, dajući podsticaj daljim istraživanjima u ovoj oblasti. Jouleov rad je kasnije nastavio Škot James Maxwell.
Za značajan naučni doprinos u čast engleskog fizičara, jedinica za merenje rada, količine toplote i energije, nazvana je džul.
Joule and Thomson
William Thomson je imao ogroman uticaj na Jouleove aktivnosti i njegovo priznanje u naučnom svijetu. Naučnici su se upoznali 1847. godine kada je Joule Britanskoj asocijaciji naučnika predstavio izveštaj o merenjima mehaničkog ekvivalenta toplote.
Prije Thomson Joule nije bio ozbiljno shvaćen u naučnim krugovima. Ko zna, možda ne bismo poznavali zakone fizike koje je otkrio da William Thomas nije objasnio njihovu važnost "snobovima" britanske zajednice.
Zajedno, fizičari su proučavali svojstva gasova, otkrivši da se gas hladi tokom adijabatskog prigušivanja. Odnosno, temperatura gasa (ili tečnosti) se smanjuje tokom prolaska kroz otvor (izolovani ventil). Fenomen se naziva Joule-Thomsonov efekat. Sada se ovaj fenomen koristi za postizanje niskih temperatura.
Naučnici su radili i na termodinamičkoj skali, nazvanoj po tituli Lorda Kelvina, koja je pripadala Williamu Thomsonu.
James Joule priznanje
Slava i priznanje i dalje su osvojili engleskog fizičara. Pedesetih godina prošlog veka postao je član Kraljevskog društva u Londonu i dobio je Kraljevsku medalju. Godine 1866. dobio je Copleyovu medalju, a kasnije i Albertovu medalju.
Joule je nekoliko puta postao predsjednik Britanskog naučnog udruženja. Dobio je diplomu doktora prava na Univerzitetima u Dablinu, Edinburghu i Oxfordu.
Postoji statua u njegovu čast u gradskoj vijećnici u Manchesteru i spomenik u Westminsterskoj opatiji. Na suprotnoj strani Mjeseca nalazi se krater James Joule.
Zaključak
Čuveni naučnik, čije je ime dato zakonima fizike i mjernim jedinicama, nije mogao postići priznanje. Zahvaljujući njegovomupornosti i rada, nije stao pred brojnim neuspjesima. Na kraju je dokazao pravo na svoje mjesto pod suncem, ili barem na lunarnom krateru.
