Войти
| Джеймс Прескотт Джоуль. FRS FRSE | |
|---|---|
 | |
| Родился | (1818-12-24) 24 декабря 1818. Салфорд, Ланкашир, Англия |
| Умер | 11 октября 1889 (1889-10- 11) (70 лет). Сейл, Чешир, Англия |
| Гражданство | Британское |
| Известен | Первым законом термодинамики. Опровержение теории калорий |
| Супруг (ы) | Амелия Граймс. (м. 1847–1854) |
| Дети | Бенджамин Артур. Алиса Амелия. Генри |
| Награды | Королевская медаль (1852). Медаль Копли (1870). Медаль Альберта (1880) |
| Научная карьера | |
| Филдс | Физика |
| Влияния | Джон Далтон. Джон Дэвис |
Электродвигатель, подаренный Кельвину Джеймсом Джоулем в 1842 году. Хантерианский музей, Глазго. Джеймс Прескотт Джоуль FRS FRSE (; 24 декабря 1818 - 11 1 октября 889) был английским физиком, математиком и пивоваром, родившимся в Салфорде, Ланкашире. Джоуль изучил природу тепла и обнаружил его связь с механической работой (см. энергия ). Это привело к закону сохранения энергии, который, в свою очередь, привел к развитию первого закона термодинамики. В его честь названа производная единица СИ энергии, джоуль.
Он работал с лордом Кельвином, чтобы разработать абсолютную термодинамическую температурную шкалу, которую стали называть шкалой Кельвина. Джоуль также наблюдал за магнитострикцией и обнаружил взаимосвязь между током через резистор и тепло рассеиваемым, которое также называется первым законом Джоуля. Его эксперименты по преобразованию энергии были впервые опубликованы в 1843 году.
Джеймс Джоуль родился в 1818 году в семье Бенджамина Джоуля (1784–1858), богатого пивовара, и его жены, Элис Прескотт, на Нью-Бейли-стрит в Салфорд. В молодости Джоуль был наставником известного ученого Джона Далтона и находился под сильным влиянием химика Уильяма Генри и манчестерских инженеров Питера Юарта и Итон Ходжкинсон. Он был очарован электричеством, и он и его брат экспериментировали, подавая электрический ток друг другу и слугам семьи.
Став взрослым, Джоуль управлял пивоварней. Наука была просто серьезным хобби. Примерно в 1840 году он начал исследовать возможность замены паровых двигателей пивоварни на недавно изобретенный электродвигатель. Его первые научные статьи по этому вопросу были включены в «Annals of Electricity» Уильяма Стерджена. Джоуль был членом Лондонского Электротехнического Общества, основанного Стердженом и другими.
Отчасти мотивированный желанием бизнесмена дать количественную оценку экономике выбора, а отчасти своей научной любознательностью, он решил определить, какой из основных факторов был более эффективным. Он обнаружил первый закон Джоуля в 1841 году, что тепло, которое выделяется при правильном действии любого вольтаического тока, пропорционально квадрату его интенсивности. ток, умноженный на сопротивление проводимости, которое он испытывает. Далее он понял, что сжигание фунта угля в паровой машине было более экономичным, чем сжигание дорогостоящего фунта цинка в электрической батарее. Джоуль уловил выход альтернативных методов в терминах общего стандарта, способности поднять массу весом в один фунт на высоту одного фута, фут-фунта.
Однако интерес Джоуля переключился с узкого финансового вопроса на вопрос о том, сколько работы может быть извлечено из данного источника, что привело его к размышлениям о конвертируемости энергии. В 1843 году он опубликовал результаты экспериментов, показывающие, что эффект нагрева, который он количественно оценил в 1841 году, был вызван выделением тепла в проводнике, а не его передачей от другой части оборудования. Это был прямой вызов теории калорий, согласно которой тепло не может быть создано или уничтожено. Теория калорий доминировала в мышлении в науке о тепле с тех пор, как Антуан Лавуазье в 1783 году. Престиж Лавуазье и практический успех Сади Карно теории теплоты тепловой машины с 1824 года гарантировал, что молодой Джоуль, работающий вне академической или инженерной профессии, предстоял трудный путь. Сторонники теории калорийности легко указали на симметрию эффекта Пельтье-Зеебека, чтобы заявить, что тепло и ток могут быть преобразованы, по крайней мере, приблизительно обратимым процессом.
Дальнейшие эксперименты и измерения с его электродвигателем привели Джоуля к оценке механического эквивалента тепла как 4,1868 джоулей на калорий работы по увеличению температура одного грамма воды на один градус Кельвина. Он объявил о своих результатах на заседании химической секции Британской ассоциации содействия развитию науки в Корк в августе 1843 года и был встречен молчанием
Джоуль. был неустрашим и начал искать чисто механическую демонстрацию превращения работы в тепло. Пропустив воду через перфорированный цилиндр, он смог измерить легкое вязкое нагревание жидкости. Он получил механический эквивалент 770 фунт-футов силы на британскую тепловую единицу (4140 Дж / кал). Тот факт, что значения, полученные как электрическими, так и чисто механическими способами, соответствовали по крайней мере одному порядку величины, был, по мнению Джоуля, неопровержимым доказательством реальности превращения работы в тепло.
Везде, где прилагается механическая сила, всегда получается точный эквивалент тепла.
— J.P. Джоуль, август 1843 г.Джоуль попробовал третий путь. Он измерил выделяемое тепло по сравнению с работой, выполняемой при сжатии газа. Он получил механический эквивалент силы в 798 футов фунт на британскую тепловую единицу (4290 Дж / кал). Во многих отношениях этот эксперимент был самой легкой мишенью для критиков Джоуля, но Джоуль избавился от ожидаемых возражений с помощью хитроумных экспериментов. Джоуль прочитал свою статью Королевскому обществу 20 июня 1844 года, но его статья была отклонена для публикации Королевским обществом, и ему пришлось довольствоваться публикацией в Philosophical Magazine в 1845 году. В своей статье он был решительно отвергает калорийность рассуждений Карно и Эмиля Клапейрона, отказ отчасти теологически :
Я полагаю, что эта теория... противоречит признанным принципам философии, потому что она приводит к выводу, что vis viva может быть разрушено неправильным расположением аппарата: Таким образом, г-н Клапейрон делает вывод, что `` температура если огонь на 1000–2000 ° C выше, чем в котле, то при прохождении тепла от топки к котлу происходит огромная потеря зрения ». Полагая, что способность разрушать принадлежит только Создателю, я утверждаю... что любая теория, которая, когда она выполняется, требует уничтожения силы, обязательно ошибочна.
Джоуль здесь использует язык vis viva (энергия), возможно, потому что Ходжкинсон прочитал обзор книги Юарта «О величине движущей силы для Литературно-философского общества в апреле 1844 года».
Джоуль писал в своей статье 1844 года:
... механическая сила, прилагаемая к повороту магнитоэлектрическая машина преобразуется в тепло, выделяемое при прохождении индукционных токов через ее катушки; и, с другой стороны, движущая сила электромагнитного двигателя достигается за счет тепла из-за химических реакций батареи, с помощью которой он работает.
В июне 1845 года Джоуль прочитал свою статью «О питании». «Механический эквивалент тепла» на заседании Британской ассоциации в Кембридже. В этой работе он сообщил о своем самом известном эксперименте с использованием падающего груза, в котором гравитация выполняет механическую работу, для вращения лопастного колеса в изолированной бочке с водой, которая повысила температуру. Теперь он оценил механический эквивалент силы в 819 фут-фунтов на британскую тепловую единицу (4 404 Дж / кал). Он написал письмо в Philosophical Magazine, опубликованное в сентябре 1845 года, с описанием своего эксперимента.
Тепловой аппарат Джоуля, 1845 год В 1850 году Джоуль опубликовал уточненное измерение 772,692 фут-фунта силы на британскую тепловую единицу (4150 Дж / Cal), ближе к оценкам двадцатого века.
Аппарат Джоуля для измерения механического эквивалента тепла Большая часть первоначального сопротивления работе Джоуля проистекала из его зависимости от чрезвычайно точные измерения. Он утверждал, что может измерять температуру с точностью до ⁄ 200 градуса Фаренгейта (3 мК). Такая точность, безусловно, была необычной для современной экспериментальной физики, но его сомневающиеся, возможно, пренебрегли его опытом в искусстве пивоварения и его доступом к его практическим технологиям. Его также умело поддерживал создатель научных приборов Джон Бенджамин Дэнсер. Эксперименты Джоуля дополнили теоретические работы Рудольфа Клаузиуса, которого некоторые считают соавтором концепции энергии.
Джоуль предлагал кинетическую теорию тепла (он считал, что это форма вращательной, а не поступательной кинетической энергии ), и это потребовало концептуального скачка: если тепло было форма молекулярного движения, почему движение молекул не прекратилось постепенно? Идеи Джоуля требовали от человека верить в то, что столкновения молекул были совершенно упругими. Мы также должны помнить, что само существование атомов и молекул не было широко признано в течение следующих 50 лет.
Хотя сегодня может быть трудно понять привлекательность теории калорий, в то время казалось, что у нее были очевидные преимущества. Успешная теория тепловых двигателей Карно также была основана на предположении о калорийности, и только позже лорд Кельвин доказал, что математические расчеты Карно одинаково верны без предположения о теплоте жидкости.
Однако в Германии Герман Гельмгольц узнал как о работе Джоуля, так и о аналогичной работе 1842 года Юлиуса Роберта фон Майера. Несмотря на то, что оба человека игнорировались с момента их соответствующих публикаций, окончательная декларация Гельмгольца 1847 года о сохранении энергии приписывала им обоим.
Также в 1847 году на другой презентации Джоуля в Британской ассоциации в Оксфорде присутствовали Джордж Габриэль Стоукс, Майкл Фарадей и не по годам развитый и индивидуальный Уильям Томсон, позже ставший лордом Кельвином, который только что был назначен профессором естественной философии в Университете Глазго. Стоукс был «склонен быть джулитом», и Фарадей был «сильно поражен этим», хотя и питал сомнения. Томсон был заинтригован, но настроен скептически.
Неожиданно, Томсон и Джоуль встретились позже в том же году в Шамони. 18 августа Джоуль женился на Амелии Граймс, и пара отправилась в свадебное путешествие. Несмотря на семейный энтузиазм, Джоуль и Томсон через несколько дней договорились о проведении эксперимента по измерению разницы температур между вершиной и основанием водопада Cascade de Sallanches, хотя впоследствии это оказалось непрактичным.
Хотя Томсон чувствовал, что результаты Джоуля требуют теоретического объяснения, он отступил в энергичную защиту школы Карно-Клапейрона. В своем отчете 1848 года об абсолютной температуре Томсон писал, что «преобразование тепла (или калорийности) в механический эффект, вероятно, невозможно, и уж точно не обнаружено», - но сноска сигнализирует о его первых сомнениях в теории калорийности, ссылаясь на к «очень замечательным открытиям» Джоуля. Удивительно, но Томсон не отправил Джоулю копию своей статьи, но когда Джоуль, наконец, прочитал ее, он написал Томсону 6 октября, заявив, что его исследования продемонстрировали преобразование тепла в работу, но что он планирует дальнейшие эксперименты. Томсон ответил 27-го, сказав, что он планирует свои собственные эксперименты и надеется на примирение их двух взглядов. Хотя Томсон не проводил новых экспериментов, в течение следующих двух лет он становился все более неудовлетворенным теорией Карно и убеждался в теории Джоуля. В своей статье 1851 года Томсон не хотел идти дальше компромисса и заявил, что «вся теория движущей силы тепла основана на двух положениях, принадлежащих соответственно Джоуля, Карно и Клаузиусу».
Как только Джоуль прочитал статью, он написал Томсону свои комментарии и вопросы. Так началось плодотворное, хотя и в значительной степени эпистолярное, сотрудничество между двумя людьми: Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество длилось с 1852 по 1856 год, его открытия, включая эффект Джоуля-Томсона, и опубликованные результаты во многом способствовали всеобщему признанию работы Джоуля и кинетической теории.
Джеймс Прескотт Джоуль Кинетика - это наука о движении. Джоуль был учеником Дальтона, и неудивительно, что он усвоил твердую веру в атомную теорию, хотя многие ученые его времени все еще были настроены скептически. Он также был одним из немногих людей, восприимчивых к забытой работе Джона Герапата по кинетической теории газов. Далее на него глубокое влияние оказала статья Питера Юарта 1813 года «О мере движущейся силы».
Джоуль понял связь между своими открытиями и кинетической теорией тепла. Его лабораторные записи показывают, что он считал тепло формой вращательного, а не поступательного движения.
Джоуль не мог не найти предшественников своих взглядов в Фрэнсис Бэкон, сэр Исаак Ньютон, Джон Локк, Бенджамин Томпсон ( Граф Рамфорд) и сэр Хамфри Дэви. Хотя такие взгляды оправданы, Джоуль далее оценил значение механического эквивалента тепла в 1034 фут-фунта из публикаций Рамфорда. Некоторые современные авторы критиковали этот подход на том основании, что эксперименты Рамфорда никоим образом не представляли систематических количественных измерений. В одной из своих личных заметок Джоуль утверждает, что измерения Майера были не более точными, чем измерения Рамфорда, возможно, в надежде, что Майер не ожидал своей собственной работы.
Джоуль был приписан объяснению явления заката зеленой вспышки в письме в Манчестерское литературно-философское общество в 1869 г.; на самом деле, он просто отметил (с помощью наброска) последний проблеск как голубовато-зеленый, не пытаясь объяснить причину явления.
Статуя Джоуля в Манчестерская ратуша 
надгробие Джоуля на кладбище Бруклендс, Сейл Джоуль умер дома в Сейле и похоронен в Бруклендс кладбище есть. На его могильном камне начертано число «772,55», его кульминационное измерение механического эквивалента тепла 1878 года, в котором он обнаружил, что это количество фут-фунтов работы должно быть затрачено на уровне моря., чтобы поднять температуру одного фунта воды с 60 ° F до 61 ° F. Есть также цитата из Евангелия от Иоанна : «Я должен совершить дело Пославшего Меня, пока день; наступает ночь, когда никто не может работать». Паб Уэтерспуна в Сейле, городе, где он умер, назван в его честь "Дж. П. Джоуль". Семейная пивоварня Джоуля сохранилась и по сей день, но теперь она расположена в Маркет Дрейтон.
. Многие награды и награды Джоуля включают:
В северном хоровом проходе Вестминстерского аббатства есть памятник Джоулю, хотя он не похоронен там, вопреки тому, что утверждают некоторые биографии. Статуя Джоуля работы Альфреда Гилберта стоит в ратуше Манчестера, напротив статуи Далтона.
В 1847 году Джоуль женился на Амелии Граймс. Джоуль овдовела, когда умерла в 1854 году, через 7 лет после их свадьбы. У них было трое детей: сын Бенджамин Артур Джоуль (1850–1922), дочь Алиса Амелия (1852–1899) и второй сын Джо (родился в 1854 году, умер через три недели).
 | Wikimedia Commons содержит материалы, связанные с: Джеймсом Прескоттом Джоуль |
 | Викицитатник имеет цитаты, относящиеся к: Джеймс Прескотт Джоуль |
 | Викиисточник имеет оригинальные работы, написанные или о:. Джеймс Прескотт Джоуль |
| Профессиональные и академические ассоциации | ||
|---|---|---|
| Предшествующий. сэр Уильям Фэйрберн, Bt | Президент Манчестерского литературно-философского общества. 1860–62 | Преемник. Эдвард Уильям Бинни |
| Предшествующий. Генри Эдвард Шунк | Президент Манчестерского литературно-философского общества. 1868–70 | Преемник. Эдвард Уильям Бинни |
| Предыдущий. Эдвард Уильям Бинни | Президент Манчестерского литературно-философского общества. 1872–74 | Преемник. Генри Эдвард Шунк |
| . Эдвард Уильям Бинни | Президент Манчестерского литературно-философского общества. 1878–80 | Преемник. Эдвард Уильям Бинни |
| Предыдущий. Джон Холт Стэнвей | Секретарь Манчестерского литературно-философского общества. 1846–50 | Преемник. Эдвард Уильям Бинни |
