James Joule : biographie, découvertes scientifiques. Physicien exceptionnel James Joule: biographie, réalisations, récompenses et faits intéressants

JOUL (Joule), James Prescott

Le physicien anglais James Prescott Joule est né à Salford près de Manchester dans la famille d'un riche brasseur. A reçu une éducation à domicile. Pendant plusieurs années, il a appris les mathématiques, la physique et les principes de la chimie auprès du célèbre physicien et chimiste John Dalton, sous l'influence duquel Joule a commencé ses recherches expérimentales à l'âge de 19 ans.

En 1838, son article décrivant un moteur électromagnétique paraît dans la revue Annals of Electricity ; en 1840, il découvre l'effet de saturation magnétique ; en 1842, le phénomène de magnétostriction. Influencé par les travaux de Michael Faraday, Joule s'est tourné vers l'étude des effets thermiques du courant, ce qui a abouti à la découverte de la loi aujourd'hui appelée loi Joule-Lenz (en 1842, cette loi a été découverte indépendamment par le physicien russe E.H. Lenz ). Selon cette loi, la quantité de chaleur dégagée dans un conducteur parcouru par le courant est proportionnelle à la résistance du conducteur et au carré du courant.

Joule a apporté des contributions majeures au développement de la thermodynamique. En 1843, il s'attaque à un nouveau problème : prouver l'existence d'une relation quantitative entre des « forces » de natures différentes conduisant au dégagement de chaleur. Ses premières expériences consistaient à mesurer la quantité de chaleur dégagée dans un récipient contenant de l'eau, dans lequel un électro-aimant tournait sous l'influence d'un poids descendant, et le récipient lui-même était placé dans un champ magnétique. Dans ces expériences, il a d'abord déterminé l'équivalent mécanique de la chaleur (4,2 J/cal dans les unités modernes), et au cours des années suivantes, il a étudié les effets thermiques lors du forçage d'un liquide à travers des trous étroits (1844), de la compression du gaz (1845), etc. Toutes ces expériences ont conduit Joule à la découverte de la loi de conservation de l'énergie. Par la suite, une unité de mesure de tous les types d’énergie – mécanique, thermique, électrique, radiante, etc. – porte son nom.

En 1847, Joule rencontre William Thomson et étudie avec lui le comportement des gaz dans diverses conditions. Le résultat de cette collaboration a été la découverte de l'effet refroidissant du gaz lors de son écoulement adiabatique lent à travers une cloison poreuse (effet Joule-Thomson). Cet effet est utilisé pour liquéfier les gaz. De plus, Joule a construit une échelle de température thermodynamique, calculé la capacité thermique de certains gaz, calculé la vitesse de déplacement des molécules de gaz et établi sa dépendance à la température, et a découvert le phénomène de saturation magnétique lors de la magnétisation des ferromagnétiques.

Parmi les récompenses et distinctions décernées au scientifique figurent la médaille d'or de la Royal Society de Londres (1852), la médaille Copley (1866) et la médaille Albert (1880). En 1872 et 1877 Joule a été élu président de la British Association for the Advancement of Scientific Knowledge.

James Prescott Joule est né dans le nord-ouest de l'Angleterre dans la ville de Salford, près de Manchester, le 24 décembre 1818. La famille Joule était assez riche : son père possédait sa propre brasserie. Cela a permis à James de recevoir une éducation de qualité à la maison.

Son premier professeur fut John Dalton, un célèbre scientifique qui étudia la physique, la chimie et les sciences naturelles. Il a apporté une contribution inestimable à l'avenir scientifique de James, lui inculquant un intérêt pour la collecte de données numériques et leur interprétation logique. La seule chose qui manquait au garçon était les mathématiques, qui se limitaient aux bases élémentaires. Cela a causé des difficultés dans les travaux scientifiques ultérieurs de Joule, mais cela n’a pas joué un rôle décisif.

Dès son plus jeune âge, pendant son temps libre après ses études, James travaille dans l'usine de son père. Avec l'aide de Dalton, à l'âge de 19 ans, il commença ses premières recherches scientifiques et remplaça bientôt toutes les machines à vapeur de la brasserie par des analogues électriques plus rentables.

Un an plus tard, son article est publié dans le célèbre magazine « Annals of Electricity ». Le jeune scientifique y décrit la conception et le principe de fonctionnement d'un moteur électromagnétique. Ce n'était que le début des travaux de Joule dans le domaine de l'électromagnétisme. En 1840, alors qu'il menait des recherches sur les ferromagnétiques, il découvrit l'effet de saturation magnétique, et en 1842 il découvrit le phénomène de magnétostriction.

L'une des inspirations de Joule était Michael Faraday et ses travaux sur l'interaction du magnétisme et du courant électrique. En menant des expériences physiques constantes dans ce domaine, le scientifique arrive à l'une des principales réalisations de sa carrière scientifique : il établit la relation entre la force du courant et la chaleur qu'il génère. Selon les recherches de Joule, la chaleur générée dans un conducteur est proportionnelle à sa résistance et à la force quadratique du courant qui le traverse.

La première mention de cette relation par Joule remonte à 1841, cependant, cette déclaration a également un deuxième auteur reconnu - le scientifique russe Lenz, qui est arrivé à des conclusions similaires en 1842. Aujourd'hui, la loi porte le nom de Joule-Lenz.

En 1843, Joule décide de développer l'idée exprimée par Julius Mayer sur l'existence d'une relation entre le travail mécanique effectué et la quantité de chaleur générée. Pour ce faire, il a placé un électro-aimant dans un ballon contenant de l'eau, qui tournait sous la pression du lest, malgré le fait que le navire lui-même était dans un champ magnétique. Ainsi, Joule montre que la théorie calorique est incorrecte et que la chaleur est dégagée pendant le travail, et non de l'espace environnant. Le scientifique a pu dériver un rapport numérique, connu dans la physique moderne comme l’équivalent mécanique de la chaleur, égal à 4,2 J/cal.

Joule a décrit la description de cette expérience et sa signification scientifique dans l'article « Sur l'effet thermique de la magnétoélectricité et la signification mécanique de la chaleur ».

Au cours des années suivantes, le scientifique continue d'étudier le dégagement de chaleur lors de diverses actions mécaniques (passage de l'eau à travers des trous étroits, compression du gaz, etc.). Pour pouvoir réaliser ses expériences, James et sa famille s'installèrent à Manchester en 1844. Ils se sont installés dans une grande maison proche du centre-ville, où un laboratoire était équipé pour le scientifique. C'est là que Joule découvrit sa célèbre loi de conservation de l'énergie, pour laquelle son nom sera plus tard immortalisé comme unité de mesure.

En 1847, le scientifique rencontre William Thomson. Il entame avec lui des recherches communes qui aboutissent à la loi Joule-Thomson, utilisée pour liquéfier les gaz. Aussi, deux grands scientifiques parviennent à créer une échelle thermodynamique.

Avec l'aide de Thomson, les travaux de Joule attirent enfin l'attention de la communauté scientifique mondiale, qui avait longtemps ignoré le talentueux physicien. Il prend la parole lors d'une réunion à Oxford et impressionne la British Association of Scientists.

La même année, Joule épousa Amelia Grimes et ils eurent deux enfants.

En 1850, Joule fut accepté dans les rangs de la Royal Society of London.

L’année 1854 marque un tournant dans la vie du scientifique anglais. A cette époque, sa femme décède, il vend la brasserie de ses parents et se lance à corps perdu dans la science. Grâce aux bénéfices, il s'est doté d'un laboratoire moderne, où il a passé la plupart de son temps libre. Entre 1854 et 1889, il publie 97 articles scientifiques sur la physique classique et moléculaire, l'acoustique et la théorie de la chaleur et des gaz.

En 1866, il reçut sa première récompense, la Médaille Copley, et en 1880 sa seconde, la Médaille Albert.

Dans les années 1870, le scientifique devint docteur en droit des universités d'Édimbourg et de Leiden, reçut deux médailles de la Royal Society et le titre de chevalier de la reine d'Angleterre elle-même. En 1872, il fut élu président de la British Association, puis, en 1877, il fut réélu pour un second mandat. À partir de 1878, Joule reçut une pension mensuelle honorable de 215 £.

Le scientifique est décédé le 11 octobre 1889 dans la ville de Sale, près de Manchester. Peu de temps avant sa mort, il a publié un recueil en deux volumes de ses notes scientifiques, « Articles scientifiques de J. P. Joule », qui contient une description de ses ingénieuses expériences physiques. Beaucoup d’entre eux font désormais partie intégrante de la physique moderne.

La principale caractéristique de l'activité scientifique de Joule est la simplicité de ses expériences. De plus, ils se distinguaient tous par une précision et une clarté étonnantes. Le scientifique était fermement convaincu que le monde est beaucoup plus simple qu’on ne le pense et que toutes les choses qui s’y trouvent interagissent les unes avec les autres. La découverte de telles interactions était l’objectif principal de toutes ses recherches.

Un monument a été érigé à l'hôtel de ville de Manchester en l'honneur du scientifique, juste en face du monument dédié à son professeur Dalton.

La brève biographie du physicien anglais par James Joule est présentée dans cet article.

Joule James Prescott courte biographie

James Prescott Joule est né le 24 décembre 1818 dans la famille d'un riche propriétaire de brasserie. La bonne situation financière de la famille a permis à James de poursuivre ses études à la maison jusqu'à l'âge de 15 ans. Il a acquis d'excellentes connaissances dans les domaines de la physique, des mathématiques et de la chimie, et se sentant davantage attiré par les sciences, James Joule a souhaité poursuivre ses études. Mais le destin en a décidé autrement : en raison de la maladie de son père, lui et son frère aîné ont dirigé pendant un certain temps la brasserie familiale.

Les circonstances actuelles n’ont pas empêché James de poursuivre des études scientifiques. Chez lui, il organise un laboratoire de physique et commence à réaliser ses expériences. Lors de ses premiers travaux sur les moteurs électriques, le scientifique a découvert ceci : la puissance des machines électriques est directement proportionnelle à la production de tension et de courant.

Pendant 7 ans, à partir de 1847, le scientifique a mené une série d'expériences pour étudier l'effet de la chaleur sur le courant électrique traversant un conducteur. Le résultat de ses travaux fut la découverte d'une relation proportionnelle entre la quantité de chaleur dégagée dans un conducteur, la résistance d'un matériau donné et le carré du courant qui le traverse.

La découverte de Joule a fait de lui un scientifique célèbre. W. Thomson lui a proposé un travail commun. En travaillant en tandem, ils sont devenus, en fait, les ancêtres de tous les groupes frigorifiques et réfrigérateurs. Joule a découvert que la détente d'un gaz sans effectuer aucun travail entraîne une diminution significative de sa température. Cet effet doit son nom aux scientifiques : il s'appelle l'effet Joule-Thomson.

(24.12.1818 – 11.10.1889)

Le résumé a été rédigé par IGOR MOROZOV 7e classe « A ».

Biographie – simple et intéressante !

JOUL JAMES PRESCOTT est un scientifique anglais exceptionnel.

J. Joule est né près de Manchester en Angleterre dans la famille d'un riche brasseur. Il a été éduqué à la maison. Pendant trois ans, son mentor fut l'éminent chimiste John Dalton. C'est Dalton qui a inculqué à Joule l'amour de la science et la passion pour la collecte et la compréhension des données numériques sur lesquelles reposent les théories et les lois scientifiques.

Malheureusement, la formation mathématique de Joule était faible, ce qui à l'avenir a grandement gêné ses recherches et l'a peut-être empêché de faire des découvertes encore plus importantes.

Joule n'avait ni profession ni emploi autre que celui d'aider à diriger l'usine de son père. Jusqu'en 1854, date à laquelle l'usine fut finalement vendue, Joule y travailla et par à-coups, la nuit, se livrait à ses expériences. Après 1854, Joule a le temps et les moyens de construire un laboratoire de physique dans sa propre maison et de se consacrer entièrement à la physique expérimentale.

Plus tard, Joule commença à éprouver des difficultés financières et, pour poursuivre ses recherches, se tourna vers la reine Victoria pour obtenir une aide financière.

Pendant 1837-1847 Joule consacrait tout son temps libre à diverses expériences sur la conversion de diverses formes d'énergie - mécanique, électrique, chimique - en énergie thermique.

Il a développé des thermomètres qui mesuraient la température avec une précision d'un deux centième de degré, ce qui lui permettait de prendre des mesures avec la meilleure précision de l'époque.

En 1840, Joule a formulé une loi qui détermine la quantité de chaleur dégagée dans un fil lors du passage du courant (maintenant connue sous le nom de loi de Joule).

En juin 1847, Joule présenta un article lors d'une réunion de la British Association of Scientists dans lequel il rapportait les mesures les plus précises de l'équivalent mécanique de la chaleur. Le reportage ne fit aucune impression sur les auditeurs à moitié endormis jusqu'à ce que le jeune passionné William Thomson (le futur Lord Kelvin) explique à ses collègues âgés l'importance du travail de Joule. Le rapport est devenu un tournant dans sa carrière.

En 1850, Joule fut élu membre de la Royal Society of London. Il est devenu l'un des scientifiques les plus influents de son temps, propriétaire de nombreux titres et récompenses.

La reine l'a élevé au rang de chevalier. L'unité d'énergie doit son nom au Joule.

Joule avait des capacités exceptionnelles en tant que physicien expérimental. Sa passion pour la science était sans limites. Même pendant sa lune de miel, il trouvait le temps de mesurer la température de l'eau en haut et en bas de la cascade pittoresque près de laquelle lui et sa jeune épouse vivaient, pour s'assurer que la différence de température de l'eau correspondait à la loi de conservation de l'énergie !

Joule croyait que la nature était simple et cherchait à trouver des relations simples entre des quantités physiques importantes. Il a réussi à trouver deux de ces relations qui ont préservé à jamais son nom dans la science.

Recherche Joule

À partir de 1841, Joule étudie le dégagement de chaleur par le courant électrique. C'est notamment à cette époque qu'il découvre une loi qui a également été établie indépendamment par Lenz (loi Joule-Lenz). En examinant ensuite la quantité totale de chaleur dégagée dans l'ensemble du circuit, y compris la cellule galvanique, pendant un certain temps, il a déterminé que cette quantité de chaleur est égale à la chaleur des réactions chimiques se produisant dans l'élément pendant ce même temps. Lui, Joule, est d'avis que la source de chaleur dégagée dans un circuit de courant électrique sont les processus chimiques se déroulant dans une cellule galvanique, et que le courant électrique, pour ainsi dire, transporte cette chaleur dans tout le circuit. Il a écrit que « l'électricité peut être considérée comme un agent important qui transfère, organise et modifie la chaleur chimique. » Mais une « machine électromagnétique » peut également servir de source de courant électrique. Comment considérer la chaleur générée par le courant électrique dans ce cas ? Joule pose également la question : que se passera-t-il si une machine magnétoélectrique (c'est-à-dire un moteur électrique) est connectée à un circuit avec un élément galvanique ? Comment cela affectera-t-il la quantité de chaleur générée par le courant dans le circuit ?

Poursuivant ses recherches dans cette direction, Joule arriva à de nouveaux résultats importants, qu'il exposa dans son ouvrage « L'effet thermique de la magnétoélectricité et la valeur mécanique de la chaleur », publié en 1843. Tout d'abord, Joule étudia la question de la quantité de chaleur générée par un courant d’induction. Pour ce faire, il a placé une bobine de fil avec un noyau de fer dans un tube rempli d'eau et l'a fait tourner dans le champ magnétique formé par les pôles de l'aimant (Fig. 63). En mesurant l'amplitude du courant d'induction avec un galvanomètre connecté aux extrémités d'une bobine de fil à l'aide d'un collecteur à mercure, et en déterminant simultanément la quantité de chaleur générée par le courant dans le tube, Joule est arrivé à la conclusion que le courant d'induction, comme le Le courant galvanique dégage de la chaleur dont la quantité est proportionnelle au carré du courant et de la résistance. Joule a ensuite connecté une bobine de fil placée dans un tube d'eau à un circuit galvanique. En la faisant tourner dans des directions opposées, il mesura le courant dans le circuit et la chaleur générée pendant une certaine période de temps, de sorte que la bobine jouait autrefois le rôle de moteur électrique, et une autre fois de générateur de courant électrique.

En comparant ensuite la quantité de chaleur dégagée avec la chaleur des réactions chimiques se produisant dans la cellule galvanique, Joule arriva à la conclusion que « la chaleur due à l'action chimique est susceptible d'augmenter ou de diminuer » et que « nous avons donc dans la magnétoélectricité un agent capable de détruire par des moyens mécaniques ordinaires ou d'exciter la chaleur. Finalement, Joule a forcé ce tube à tourner dans un champ magnétique sous l'influence de chutes de charges. En mesurant la quantité de chaleur dégagée dans l'eau et le travail effectué lors de l'abaissement des charges, il a calculé l'équivalent mécanique de la chaleur, qui s'est avéré être égal à 460 kgm/kcal.

La même année, Joule rapporte une expérience dans laquelle le travail mécanique était directement converti en chaleur. Il a mesuré la chaleur générée lorsque l’eau était forcée à travers des tubes étroits. Parallèlement, il a constaté que l’équivalent mécanique de la chaleur est égal à 423 kgm/kcal.

Par la suite, Joule revint à nouveau à la détermination expérimentale de l'équivalent mécanique de la chaleur. En 1849, il réalisa une expérience bien connue sur la mesure de l’équivalent mécanique de la chaleur. À l'aide de poids tombants, il fit tourner un axe à pales à l'intérieur d'un calorimètre rempli de liquide (Fig. 64). En mesurant le travail effectué par les charges et la chaleur dégagée dans le calorimètre, Joule a reçu un équivalent mécanique de chaleur égal à 424 kgm/kcal.

La découverte de l'équivalent mécanique de la chaleur a conduit Joule à la découverte de la loi de conservation et de transformation de l'énergie. Dans une conférence qu'il donna en 1847 à Manchester, il déclara :

" Vous voyez donc que la force vivante peut se transformer en chaleur et que la chaleur peut se transformer en force vivante, ou en attraction à distance. Les trois donc, à savoir la chaleur, la force vivante et l'attraction à distance (à laquelle Je peux compter la lumière) - sont mutuellement transformables l'un dans l'autre. De plus, lors de ces transformations, rien ne se perd."

James Prescott Joule($1818$ - $1889$) - Physicien anglais qui a apporté une contribution significative au développement de la thermodynamique.

Biographie

Note 1

Il était le fils de Benjamin Joule, propriétaire d'une brasserie relativement importante.
James Joule a reçu sa formation initiale auprès de professeurs particuliers, principalement en raison de sa mauvaise santé. Il avait des problèmes de colonne vertébrale, mais au fil du temps, son état s'est amélioré, mais tout au long de sa vie, le scientifique est resté penché, cela a affecté son caractère et a contribué à sa timidité.

Avec 1 834 $, il étudie avec John Dalton à Manchester à la Literary and Philosophical Society. Comme Dalton, Joule était un fervent partisan de la théorie atomique, alors que de nombreux scientifiques de cette période étaient encore sceptiques à son sujet.

Plus tard, James Joule étudia auprès de John Davis et s'intéressa à l'électricité ; lui et son frère expérimentèrent l'électrocution entre eux et contre les domestiques de la famille.

Note 2

Réalisations scientifiques

Électricité

Note 3

La science était au départ un passe-temps pour Joule, mais même alors qu'il travaillait à la brasserie, il a commencé à explorer les possibilités de remplacer les chaudières par le moteur électrique nouvellement inventé.

Motivé en partie par le désir d'évaluer l'impact économique d'une telle substitution, il se concentre sur les mesures qui peuvent être utilisées pour déterminer quelle source d'énergie est la plus efficace. Ainsi, en 1841, il découvre la loi de Joule, selon laquelle la chaleur générée par l'action directe de tout courant galvanique est proportionnelle au carré du courant multiplié par la résistance du conducteur. (L'unité dérivée d'énergie ou de travail, le Joule, porte son nom). Joule a conclu que brûler une livre de charbon serait plus économique que de gaspiller de précieuses livres de zinc pour une batterie électrique.

Joule tente de présenter les résultats devant la Royal Society, mais ils l'ont pris pour un amateur provincial.

En 1 843 $, Joule a calculé la quantité de travail mécanique nécessaire pour produire une quantité équivalente de chaleur. Cette quantité était appelée « l’équivalent mécanique de la chaleur ». Il présenta à nouveau un rapport sur ses découvertes, cette fois à l'Association britannique pour l'avancement de la science. Encore une fois, la réponse n’a pas été enthousiaste. Plusieurs revues de premier plan ont également refusé de publier des articles sur les travaux de Joule.

Les travaux de Joule sur la relation entre la chaleur, l'électricité et le travail mécanique furent largement ignorés jusqu'en 1847. Seul William Thomson a reconnu que les travaux de Joule s'inscrivaient dans un modèle unificateur qui commençait déjà à émerger en physique, et il a approuvé avec enthousiasme les travaux de Joule.

En 1849, Joule lut son article intitulé « Sur l'équivalent mécanique de la chaleur » à la Royal Society, avec Faraday comme sponsor. L'année suivante, la Royal Society publia l'article de Joule.