Выдающийся физик Джеймс Джоуль: биография, достижения, награды и интересные факты.

Джеймс Прескот Джоуль – выдающийся английский физик. Он досконально изучил природу тепловой энергии и обнаружил ее связь с электрическим током , проходящим через проводник. Им были открыты множество законов, и в частности первый закон термодинамики. В честь ученого названа единица измерения количества выделяемого тепла – Джоуль. Великий ученый сделал также неоценимый вклад в практическое использование электричества. Им были проведены работы по модернизации и улучшению характеристик электрических моторов и магнитов.

Родился Джеймс Прескотт Джоуль 24 декабря 1818 года в семье состоятельного владельца пивоваренного завода. Благодаря хорошему финансовому положению семьи Джеймс до 15 лет обучался дома в родном городе Салфорде. Этому также способствовали проблемы со здоровьем у будущего ученого. После такой школы, где он кстати получил достаточно хорошие знания в области математики, физики и химии, естественно Джеймсу захотелось продолжать образования. Однако из-за болезни отца он какое-то время вместе со своим старшим братом вынужден был управлять семейным пивоваренным заводом.

У себя дома Джеймс организовал физическую лабораторию и начал производить эксперименты. Проводя исследования работы первых электромоторов, ученый обнаружил, что мощность электрических машин пропорциональна произведению силы тока и напряжения .

С 1847 года на протяжении семи лет ученый проводит эксперименты по изучению теплового действия электрического тока, проходящего через проводник . Результатом его работы стала пропорциональная зависимость количества тепла, выделяемого в проводнике, сопротивления самого материала и квадрата силы тока, проходящего через него.

Джеймс Прескотт Джоуль, работая с Уильямом Томсоном, по сути, стал прародителем всех холодильников и холодильных установок. Он доказал, что расширения газа без выполнения работы приводит к существенному снижению его температуры. Этот эффект назвали в честь обоих ученых – эффект Джоуля-Томсона.

В 1850 году ученого избирают действительным членом Британского Королевского общества. А в 1961 году уже его современники назвали именем ученого единицу работы и энергии в международной системе СИ. Это лишь мизерная часть вклада ученого, относящаяся непосредственно к изучению и освоению электричества. Его участие в формировании всей науки, в том числе и современно просто неоценимо.

Джеймс Прескотт ДЖОУЛЬ (Joule)

(24.12. 1818 - 11.10. 1889)

Джеймс Прескотт Джоуль - известный английский физик, член Лондонского королевского общества (1850). До 15 лет Джоуль воспитывался в семье отца, богатого пивовара; затем работал на заводе, изучая в то же время математику, химию и физику под руководством Джона Дальтона.

Первые работы Джоуля, относящиеся к 1838 - 40 гг., касаются исследования законов электромагнетизма . Он внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений , в создание физики низких температур , в обоснование закона сохранения энергии . Джоуль установил (1841 г.; опубликовано в 1843 г.), что количество тепла, выделяющееся в металлическом проводнике при прохождении через него электрического тока, пропорционально электрическому сопротивлению проводника и квадрату силы тока.

Изучая тепловые действия токов, Джоуль в 1843 г. пришел к убеждению в существовании предусмотренной Майером зависимости между работой и количеством произведенного ею тепла и нашел численное отношение между этими величинами - механический эквивалент тепла . Переселившись в 1843 г. в Манчестер, Джоуль неутомимо исследует тот же вопрос и в 1847 г. докладывает о нем в заседании британской ассоциации в Оксфорде.

В 1854 г. Джоуль продает оставшийся ему от отца пивоваренный завод и всецело посвящает себя науке. Неутомимо работая все в той же области, Джоуль в течение своей жизни опубликовал 97 научных статей, большинство из которых касается приложения механической теории тепла к теории газов, молекул, физике и акустике и принадлежат к классическим работам по физике.

Джоуль был членом лондонского королевского общества и почетным доктором эдинбургского (с 1871 г.) и лейденского (с 1875 г.) университетов, был дважды награжден медалями королевского общества; в 1878 г. ему назначена была правительством пожизненная пенсия в 200 фунтов стерлингов.

(24.12.1818 – 11.10.1889)

Реферат написал ИГОРЬ МОРОЗОВ 7 «А» кл.

Биография – просто и интересно!

ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ- выдающийся английский ученый.

Дж. Джоуль родился вблизи Манчестера в Англии в семье богатого владельца пивоваренного завода. Он получил домашнее образование. В течение трех лет его наставником был выдающийся химик Джон Дальтон. Именно Дальтон привил Джоулю любовь к науке и страсть к сбору и осмыслению численных данных, на которых основаны научные теории и законы.

К сожалению, математическая подготовка Джоуля была слабой, что в дальнейшем очень мешало ему в исследованиях и, возможно, не дало ему сделать еще более значительные открытия.

У Джоуля не было никакой профессии и никакой работы, кроме помощи в управлении заводом отца. Вплоть до 1854 г., когда завод наконец был продан, Джоуль работал на нем и урывками, по ночам, занимался своими опытами. После 1854 г. у Джоуля появились и время, и средства, чтобы построить в собственном доме физическую лабораторию и полностью посвятить себя экспериментальной физике.

Позднее Джоуль начал испытывать материальные затруднения и для продолжения исследований обратился за финансовой помощью к королеве Виктории.

В течение 1837-1847 гг. Джоуль все свободное время посвятил разнообразным экспериментам по превращению различных форм энергии – механической, электрической, химической, – в тепловую энергию.

Он разработал термометры, измерявшие температуру с точностью до одной двухсотой градуса, что позволило ему проводить измерения с наилучшей для того времени точностью.

В 1840 г. Джоуль формулирует закон, определяющий количество теплоты, выделяющейся в проводе при прохождении тока (известный сейчас как закон Джоуля).

В июне 1847 г. Джоуль представил доклад на собрании Британской ассоциации ученых, в котором он сообщил о наиболее точных измерениях механического эквивалента теплоты. На полусонных слушателей доклад не произвел никакого впечатления, пока молодой пылкий Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) не объяснил своим престарелым коллегам значение работы Джоуля. Доклад стал поворотным пунктом в его карьере.

В 1850 г. Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества. Он стал одним из авторитетнейших ученых своего времени, обладателем многих титулов и наград.

Королева возвела его в рыцарское достоинство. Именем Джоуля была названа единица энергии.

Джоуль обладал выдающимися способностями физика-экспериментатора. Его страсть к науке была беспредельной. Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии!

Джоуль верил, что природа устроена просто, и стремился найти простые соотношения между важными физическими величинами. Ему удалось найти два таких соотношения, которые навсегда сохранили его имя в науке.

Исследования Джоуля

Начиная с 1841 г. Джоуль занимался исследованием выделения теплоты электрическим током. В это время, в частности, он открыл закон, независимо от него установленный также Ленцем (закон Джоуля-Ленца). Исследуя затем общее количество теплоты, выделяемой во всей цепи, включая и гальванический элемент, за определенное время, он определил, что это количество теплоты равно теплоте химических реакций, протекающих в элементе за то же время. У него, Джоуля, складывается мнение, что источником теплоты, выделенной в цепи электрического тока, являются химические процессы, проходящие в гальваническом элементе, а электрический ток как бы разносит эту теплоту по всей цепи. Он писал, что "электричество может рассматриваться как важный агент, который переносит, упорядочивает и изменяет химическое тепло" Но источником электрического тока может служить также и "Электромагнитная машина". Как в этом случае нужно рассматривать теплоту, выделяемую электрическим током? Джоуль задается также вопросом: что будет, если в цепь с гальваническим элементом включить магнитоэлектрическую машину (т. е. электродвигатель), как повлияет это на количество теплоты, выделяемой током в цепи?

Продолжая исследования в этом направлении, Джоуль и пришел к новым важным результатам, которые изложил в работе "Тепловой эффект магнитоэлектричества и механическая ценность теплоты", опубликованной в 1843 г. Прежде всего Джоуль исследовал вопрос о количестве теплоты, выделяемой индукционным током. Для этого он поместил проволочную катушку с железным сердечником в трубку, которая была наполнена водой, и вращал ее в магнитном поле, образованном полюсами магнита (рис. 63). Измеряя величину индукционного тока гальванометром, соединенным с концами проволочной катушки при помощи ртутного коммутатора, и одновременно определяя количество теплоты, выделенной током в трубке, Джоуль пришел к заключению, что индукционный ток, как и гальванический, выделяет теплоту, количество которой пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению. Затем Джоуль включил проволочную катушку, помещенную в трубку с водой, в гальваническую цепь. Вращая ее в противоположных направлениях, он измерял силу тока в цепи и выделенную при этом теплоту за определенный промежуток времени, так что катушка играла один раз роль электродвигателя, а другой раз - генератора электрического тока.

Сравнивая затем количество выделенной теплоты с теплотой химических реакций, протекающих в гальваническом элементе, Джоуль пришел к заключению, что "теплота, обусловленная химическим действием, подвержена увеличению или уменьшению" и что "мы имеем, следовательно, в магнитоэлектричестве агента, способного обычным механическим средством уничтожать или возбуждать теплоту". Наконец, Джоуль заставлял вращаться эту трубку в магнитном поле уже под действием падающих грузов. Измеряя количество теплоты, выделившееся в воде, и совершенную при опускании грузов работу, он подсчитал механический эквивалент теплоты, который оказался равным 460 кГм/ккал.

В том же году Джоуль сообщил об опыте, в котором механическая работа непосредственно превращалась в теплоту. Он измерил теплоту, выделяемую при продавливании воды через узкие трубки. При этом он получил, что механический эквивалент теплоты равен 423 кГм/ккал.

В дальнейшем Джоуль вновь возвращался к экспериментальному определению механического эквивалента теплоты. В 1849 г. он проделал известный опыт по измерению механического эквивалента теплоты. С помощью падающих грузов он заставлял ось с лопастями вращаться внутри калориметра, наполненного жидкостью (рис. 64). Измеряя совершенную грузами работу и выделенную в калориметре теплоту, Джоуль получил механический эквивалент теплоты, равный 424 кГм/ккал.

Открытие механического эквивалента теплоты привело Джоуля к открытию закона сохранения и превращения энергии. В лекции, прочитанной им в 1847 г. в Манчестере, он говорил:

"Вы видите, следовательно, что живая сила может быть превращена в теплоту и что теплота может превращаться в живую силу, или в притяжение на расстоянии. Все трое, следовательно, - именно, теплота, живая сила и притяжение на расстоянии (к которым я могу причислить свет) - взаимно превращаемы друг в друга. Причем при этих превращениях ничего не теряется".

(англ. James Prescott Joule, МФА: , 24 декабря 1818 – 11 октября 1889) – английский физик и пивовар.
Джоуль изучал природу тепла и определил количество теплоты, выделяющейся при механической работе. Это привело его к открытию закона сохранения энергии и, наконец, к формулировке первого закона термодинамики. Вместе с лордом Кельвином он занимался разработкой абсолютной шкалы температуры. Ему также принадлежит определение количества теплоты, выделяемого при прохождении тока через проводник (закон Джоуля-Ленца). Исследовал магнитострикции.
В его честь названа единица измерения энергии – Джоуль, применяемый в международной системе СИ.
Родился в Солфорди близ Манчестера 24 декабря 1818. К 15-ти лет Джоуль воспитывался в семье отца, богатого пивовара, и получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования. Именно Дальтон привил Джоуля любовь к науке и страсть к сбору и осмыслению численных данных, на которых основаны научные теории и законы. К сожалению, математическая подготовка Джоуля была слабой, что в дальнейшем очень мешало ему в исследованиях и, возможно, не дало ему сделать еще более значительные открытия.
В 1838 в журнале «Анналы электричества» («Annals of Electricity») появилась его статья с описанием электромагнитного двигателя, в 1840 он обнаружил эффект магнитного насыщения, в 1842 – явление магнитострикции.
В Джоуля не было никакой профессии и никакой работы, кроме помощи в управлении заводом отца. Вплоть до 1854, когда завод наконец был продан, смотрите также бетонный завод , Джоуль работал на нем и урывками, по ночам, занимался своими опытами. После 1854 года в Джоуля появились и время, и средства, чтобы построить в собственном доме физическую лабораторию и полностью посвятить себя экспериментальной физике. Позднее Джоуль имел материальные трудности и для продолжения исследований обратился за финансовой помощью к королеве Виктории.
Исследовательский прибор Джоуля для изучения тепла, 1845 течение 1837-1847 гг Джоуль весь свободное время посвятил разнообразным экспериментам по превращению различных форм энергии – механической, электрической, химической, – в тепловую энергию. Он разработал термометры, измеряли температуру с точностью до одной двухсот градусов, что позволило ему проводить измерения с наилучшей для того времени точностью. Под влиянием работ Фарадея Джоуль обратился к изучению тепловых эффектов тока, результатом чего стало открытие закона, называется теперь законом Джоуля. Согласно этому закону, количество теплоты, выделяющейся в проводнике с током, пропорциональна сопротивлению проводника и квадрату силы тока.
В 1843 Джоуль занялся новой проблемой: доказательством существования количественного соотношения между «силами» разной природы, приводящие к выделению тепла. Первые его опыты заключались в измерении количества тепла, выделяющегося в сосуде с водой, в которой под действием груза опускается, вращающийся электромагнит, а сама сосуд был помещен в магнитное поле. В этих опытах он впервые определил механический эквивалент теплоты (4,5 Дж / кал в современных единицах), а в последующие годы исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия (1844), сжатии газа (1845) и т.д. Все эти опыты привели Джоуля к открытию закона сохранения энергии. Впоследствии его именем была названа единица измерения всех видов энергии – механической, тепловой, электрической, излучение и другие.
В июне 1847 года Джоуль представил доклад на собрании Британской ассоциации ученых, в которой он сообщил о точные измерения механического эквивалента теплоты. Доклад стал поворотным пунктом в его карьере. В 1850 Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества. Он стал одним из авторитетнейших ученых своего времени, обладателем многих титулов и наград. Королева возвела его в рыцарское достоинство.
В 1847 Джоуль познакомился с В. Томсоном и исследовал вместе с ним поведение газов в различных условиях. Результатом этого сотрудничества стало открытие эффекта охлаждения газа при медленном адиабатическом протекании его через пористую перегородку (эффект Джоуля – Томсона). Этот эффект используется для сжижения газов. Кроме того, Джоуль построил термодинамическую температурную шкалу, рассчитал теплоемкость некоторых газов, вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры.
В 1854 году Джоуль продает завод, который остался ему от отца, и целиком посвящает себя науке. Неустанно работая все в той же области, Джоуль до смерти обнародовал 97 ученых работ, из которых около 20 сделаны в сообществе с В. Томсоном и Л. Плефером; большинство из них касается применения механической теории тепла к теории газов, молекулярной физике и акустике и принадлежат до классических работ по физике.
Статуя Джоуля в здании городского совета Манчестера Джоуль был членом Лондонского королевского общества, почетные звания Honoris causa Тринити колледж в Дублине (1857), Оксфордского университет (1861), доктором hc Эдинбургского (1871) и Лейденского (1875) университетов; в 1878 году ему назначена была правительством пожизненная пенсия в 200 фунтов.
Произведения Джоуля собраны в "Scientific papers by JP Joule" (2 т., Лондон, 1884-87) и переведены в 1872 году шпренгелем на немецкий язык.
Среди наград и почестей, которых был удостоен ученый, – золотая медаль Королевского общества (1852), медаль Копли (1866), медаль Альберта (1880). В 1872 и 1877 Джоуль был избран президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний.
Умер Джоуль в Сейл 11 октября 1889.

Джоуль. Открытия этого физика применяются во всем мире. Какой путь прошел ученый? Какие открытия он совершил?

Жизнь выдающегося физика

24 декабря 1818 года родился Джеймс Джоуль. Биография будущего физика начинается в английском городке Солфорде, в семье успешного владельца пивоварни. Обучение мальчика происходило в домашних условиях, некоторое время физику и химию ему преподавал Благодаря ему английский физик и полюбил науку.

Джоуль не обладал крепким здоровьем, много времени он просиживал дома, проводя физические опыты и эксперименты. Уже в 15 лет, из-за болезни отца, ему пришлось управлять пивоварней вместе с братом. Работа на отцовском заводе не давала возможности поступить в университет, поэтому Джеймс Джоуль всецело отдавался домашней лаборатории.

С 1838 по 1847 год физик активно изучает электричество и делает свои первые научные успехи. В журнале Annals of Electricity он публикует статью об электричестве, а в 1841 открывает новый физический закон, который сейчас носит его имя.

В 1847 году Джоуль заключает первый и единственный брак с Амелией Граймс. Вскоре у них рождаются Элис Амелия и Бенджамин Артур. В 1854 году жена и сын погибают. Сам Джоуль умирает в 1889 году в Англии, в городе Сейле.

За всю свою жизнь он публикует около 97 работ по физике, некоторые из них написаны совместно с другими учеными: Лайоном, Томсоном и т. д. За выдающиеся научные достижения и открытые законы физики он награжден несколькими медалями и получал пожизненную пенсию от правительства Великобритании в размере около 200 фунтов.

Первые работы и эксперименты

Наблюдая за паровыми двигателями на пивоварне отца, Джеймс Джоуль решил заменить их электрическими для эффективности работы. В 1838 году он публикует в научном журнале статью, в которой расписывает устройство придуманного им электромагнитного двигателя. В 1840 году на пивоварне появляются новые электрические двигатели, а физик продолжает изучение электрического тока и выделения теплоты. Позже оказалось, что паровые двигатели были гораздо эффективнее.

В ходе экспериментов Джоуль создает термометры, которые способны измерять температуру с точностью до 1/200 градуса. Это позволяет ему углубиться в изучение В 1840 году, благодаря дальнейшим наблюдениям, физик обнаруживает эффект магнитного насыщения. В этом же году он посылает в Королевское научное общество работу «Об образовании теплоты при помощи электрического тока». Статью не оценили. Опубликовать её согласился лишь манчестерский литературно-философский журнал.

Закон Джоуля-Ленца

Непризнанная Лондонским научным обществом статья впоследствии оказалась одним из главных достижений ученого. В статье Джеймс Джоуль говорил о зависимости между силой тока и количеством выделенной теплоты. Он утверждал, что количество теплоты, которое выделяется в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы и времени прохождения тока.

В это время подобную теорию разрабатывал Эмилий Ленц. То, что проводимость металлического проводника зависит от температуры, русский физик обнаружил ещё в 1832 году. Для точного определения температуры в проводнике ученый изобрел специальный сосуд, в который заливался спирт. Проволока, через которую пропускался ток, опускалась в сосуд. Далее отслеживалось, за какое время спирт нагреется. Джоуль Джеймс Прескотт использовал похожий метод, только в качестве жидкости использовал воду.

Результаты многолетних исследований Ленц опубликовал только в 1843 году, но в его трудах было больше точных научных обоснований, чем у Джоуля, работу которого вначале даже не захотели печатать. Учитывая первенство Джоуля и точные расчеты Эмилия Ленца, было решено назвать закон в честь обоих. Со временем закон Джоуля-Ленца положил начало термодинамике.

Магнитострикция

Параллельно со свойствами электрического тока Джеймс Джоуль изучает В 1842 году он замечает, что железо изменяется в размерах под воздействием магнитных волн. Если металлические стержни поместить в магнитное поле, их длина станет чуть больше.

Научное сообщество сомневалось в существовании здесь какого-либо открытия. Изменение размеров стержней было настолько ничтожным, что человеческий глаз не улавливал его. Но физик разработал специальную технику, при помощи которой получил наглядные доказательства.

Позже выяснилось, что таким эффектом обладают и другие металлы, а само явление назвали магнитострикцией. Сейчас для открытия Джоуля нашли много способов применения. Например, материалом волновода для измерения уровня воды в резервуарах служат магнитострикционные металлы. Это явление используют и для изготовления меток в антикражевых системах.

Эксперименты с газом

В 40-х годах Джеймс Джоуль активно изучает свойства газа, а именно явления, связанные с его расширением и сжатием. Он проводил опыт с расширением разряженного газа, доказывая при этом, что его не зависит от объема. Важна только температура газа.

В 1848 году Джоуль впервые в измерил скорость молекул газа. Данный опыт стал ранней работой о кинетической теории газов, дав толчок для дальнейших исследований в этой области. Работу Джоуля позже продолжил шотландец Джеймс Максвелл.

За значительный научный вклад в честь английского физика была названа единица измерения работы, количества теплоты и энергии - Джоуль.

Джоуль и Томсон

Огромное влияние на деятельность Джоуля и его признание в научном мире оказал Уильям Томсон. Ученые познакомились в 1847 году, когда Джоуль представлял Британской ассоциации ученых доклад об измерениях механического эквивалента теплоты.

До Томсона Джоуля не воспринимали серьезно в научных кругах. Кто знает, может быть, мы и не узнали бы открытые им законы физики, если бы Уильям Томас не объяснил их важность «снобам» британского сообщества.

Вместе физики изучали свойства газов, открыв, что при адиабатическом дросселировании газ охлаждается. То есть температура газа (или жидкости) уменьшается во время прохождения через дроссель (изолированный клапан). Явление получило название эффекта Джоуля-Томсона. Сейчас это явление применяется для получения низких температур.

Ученые также занимались термодинамической шкалой, названной в честь титула лорда Кельвина, который принадлежал Уильяму Томсону.

Признание Джеймса Джоуля

Слава и признание все же настигли английского физика. В 50-х годах XIX века он становится членом Лондонского королевского общества и награждается Королевской медалью. В 1866 году он получает медаль Копли, а затем и медаль Альберта.

Несколько раз Джоуль становился президентом Британской научной ассоциации. Ему были присуждены научные степени доктора права в дублинском колледже, Эдинбургском и Оксфордском университетах.

В его честь установлена статуя в здании муниципалитета в Манчестере и мемориал в Вестминстерском аббатстве. На обратной стороне Луны существует кратер Джеймса Джоуля.

Заключение

Знаменитый ученый, именем которого названы законы физики и единицы измерения, мог бы и не добиться признания. Благодаря своему упорству и труду он не останавливался перед многочисленными отказами. В конце концов он доказал право на свое место под солнцем или хотя бы на лунном кратере.