James Prescott Joule: inglise füüsik, Joule'i seadus ja Joule-Thomsoni efekt

James Prescott Joule — Inglise füüsik, Joule'i seaduse avastaja ja Joule–Thomsoni efekti uurija; võtmepanus termodünaamikasse ja elektrienergiasse.

James Prescott Joule (24. detsember 1818 - 11. oktoober 1889) oli inglise füüsik, kes sündis Manchesteri lähedal Salfordis. Ta andis omal ajal suure panuse elektrienergia ja termodünaamika vallas. Ta on kõige paremini tuntud Joule'i seaduse avastamisega, mis kirjeldas elektrilist kuumust, öeldes, et elektrivoolu poolt juhis igas sekundis tekitatud soojuse hulk on proportsionaalne juhi takistusega ja voolu ruuduga. Selle ühikuks on džauli, mis on võrdne ühe vatt-sekundiga. Hiljem töötas Joule koos William Thomsoniga, et leida, et gaasi temperatuur langeb, kui gaas paisub. See põhimõte oli siis tuntud kui Joule-Thomson'i efekt.

Elulugu ja teadustöö

Joule sündis õlletöösturist perekonnas ja sai algõpetuse kodus, kuid tema huvi teaduse ja katsete vastu tekkis varakult. Ta ei olnud kõrgkoolis traditsioonilistes laboritingimustes palju aega veetnud, kuid kasutas perekonna vahendeid ja oma kodulaborit täpsete mõõtmiste tegemiseks. Tema töö iseloomustas põhjalik tähelepanelikkus ja tähelepanu mõõtmisvigade vähendamisele.

Peamised saavutused ja eksperimendid

• Joule'i seadus — elektrilise kütmise põhimõte, mida sageli väljendatakse valemiga Q = I² R t, kus Q on eraldunud soojushulk, I voolutugevus, R takistus ja t aeg. See seadus on oluline elektrienergia ja soojuse omavahelise seose mõistmisel.
• Mehaanilise töö ja sooja ekvivalendi määramine — Joule tegi kuulsad laborselged katsed (nt aeruga täidetud anum, mille sees pöörlevaid labasid alt ajava jõu töö muutis temperatuuri), kus ta näitas, et mehaaniline töö muundub soojuseks. Tema tulemused aitasid kinnistada kontseptsiooni, et energia on konserveeritav ja erinevad vormid (mehaaniline, soojuslik, elektriline) on omavahel asendatavad.
• Joule–Thomsoni efekt — koos William Thomsoniga uuris ta gaasi temperatuuri muutust, kui gaas laiendub läbi kitsast avaust või poorse pistiku ilma töö tegemata väliskeskkonna suhtes (isentalpne protsess). Nad näitasid, et enamik gaase jahtub sellisel paisumisel tavalistes tingimustes, mis omakorda on oluline hülgõhutus- ja külmutusseadmete tööpõhimõtete mõistmisel.

Teaduslik tähendus ja pärand

Joule'i täpsed mõõtmised ja selged kontseptsioonid aitasid tugevalt kaasa energiakontseptsiooni kujunemisele ja esimese ning teise astme termodünaamika seaduste väljakujunemisele. Tema töö pani aluse ideele, et soojus ei ole eraldi aine (nt „vismutiline aines”), vaid energia vorm, mis on seotud aatomite ja molekulide liikumisega.

Rahvusvahelises mõõtmissüsteemis nimetati energiahulkude ühik tema auks džaul (inglise keeles "joule"). Joule'i nüansirikkad eksperimendid ja koostöö teiste teadlastega, eriti William Thomsoniga (hilisem Lord Kelvin), mõjutasid teaduse arengut 19. sajandi teisel poolel ning ka tööstuslikke rakendusi elektrienergia ja külmutustehnika alal.

Tunnustused

Joule saavutas oma eluajal laialdast tunnustust: ta valiti Fellow of the Royal Society ja tema töö pälvis palju tähelepanu teadusringkondades. Tema meetodid ja tulemid jäid teaduslikku pärandisse ja mõjutasid hilisemaid uurimusi energiakonversiooni ja termodünaamika alal.

Lõppmärkused

James Prescott Joule'i töö ühendab eksperimendi ja teooria: tema täpsed mõõtmised tõid esile üldised printsiibid, mis kehtivad energia säilimise ja muundamise kohta. Tänapäeval kasutatakse tema nimega seotud mõisteid (nt Joule'i seadus, džaul) igapäevaselt nii teaduses kui ka tehnikas.

Varajane elu

Jõuka õlletootja Benjamin Joule'i (1784-1858) poeg James Prescott Joule sündis 24. detsembril 1818 Salfordis New Bailey Streetil asuva Joule'i õlletehase kõrval asuvas majas. James Joule'i õpetati perekonnakodus "Broomhill", Pendlebury's, Salfordi lähedal, kuni 1834. aastani, mil ta saadeti koos oma vanema venna Benjaminiga õppima John Daltoni juurde Manchesteri kirjandus- ja filosoofiaseltsi. Nad said vaid kaks aastat haridust aritmeetikas ja geomeetrias, enne kui Dalton oli sunnitud insuldi tõttu pensionile jääma.

1892. aasta Joule'i illustratsioon

Kineetiline teooria

Kineetika on liikumisteadus. Joule oli Daltoni õpilane ja ei ole üllatav, et ta oli õppinud kindlalt uskuma aatomiteooriasse, kuigi tema ajal oli palju teadlasi, kes olid endiselt skeptilised. Ta oli ka üks väheseid inimesi, kes oli vastuvõtlik John Herapathi tööle gaaside kineetilise teooria kohta. Lisaks avaldas talle suurt mõju Peter Ewarti 1813. aasta kirjutis "Liikuva jõu mõõtmisest" (On the measure of moving force).

James Prescott Joule

Küsimused ja vastused

K: Kes oli James Prescott Joule?

K: Milline oli James Prescott Joule'i panus elektrienergiasse?

K: Mida ütleb Joule'i seadus?

K: Mis on Joule'i seaduse ühik?

K: Kellega koos töötas James Prescott Joule, et avastada Joule-Thomson'i efekt?

K: Mis on Joule-Thomson'i efekt?

Küsimus: Millal elas ja millal suri James Prescott Joule?

Otsing