Joule James Prescott
 
Encyklopedia PWN
Joule
[dżu:l]
James Prescott Wymowa, ur. 24 XII 1818, Salford (hrab. Lancashire), zm. 11 X 1889, Sale (hrab. Cheshire),
fizyk brytyjski.
Kalendarium
Urodził się 24 XII 1818 w Salford (hrabstwo Lancashire). Joule pochodził z bogatej rodziny piwowarów. James Prescot był chłopcem delikatnym i wstydliwym. Ani on, ani jego brat Benjamin nie byli posyłani do szkół — podstawy wiedzy zdobyli w domu uczeni przez prywatnych nauczycieli. Jednym z nich był sam John Dalton, który od 1834 uczył chłopców głównie matematyki. Joule nie studiował też w żadnej uczelni. Wiedzę potrzebną do prowadzenia eksperymentów w swym prywatnym laboratorium zdobył jako samouk.
Był zdolnym eksperymentatorem. Zajmował się zagadnieniami elektromagnetyzmu, ciepła, budowy materii; wykonał jedne z pierwszych doświadczeń, które doprowadziły do sformułowania podstaw termodynamiki. W 1843 Joule uogólnił zasadę zachowania energii, obejmując nią procesy, w których nie tylko energia mechaniczna, ale i elektryczna zamienia się w ciepło. Jego badania prędkości ruchu postępowego cząsteczek gazów w zależności od ciśnienia gazu były wkładem do — rozwiniętej później — kinetycznej teorii gazów. W 1850 został członkiem Towarzystwa Królewskiego w Londynie, które 1866 przyznało mu Medal Coply’a. Prace Joule’a zostały zebrane w The Scientific Papers (tomy 1–2 1884–87). Od jego nazwiska pochodzi nazwa jednostki energii — dżul.
Joule był żonaty, miał dwoje dzieci. Bardzo przeżył śmierć żony (zmarła 1854, po siedmiu latach małżeństwa), ponownie się nie ożenił. Był bardzo skromnym człowiekiem. Zmarł 11 X 1889 w Sale (hrabstwo Cheshire).
Ciepło Joule’a
W latach 1840–43 Joule przeprowadził badania nad wydzielaniem się ciepła w przewodniku metalowym, przez który płynie prąd elektryczny. W 1841 sformułował prawo nazwane jego imieniem. Mówi ono, że ciepło wydzielające się w przewodniku podczas przepływu prądu elektrycznego jest proporcjonalne do oporu przewodnika, kwadratu natężenia prądu oraz czasu przepływu. Ponieważ 1842, niezależnie od Joule’a, do takich samych wniosków doszedł Heinrich Lenz, zależność tę określa się czasem jako prawo Joule’a-Lenza. Wydzielone w przewodniku ciepło jest nazywane ciepłem Joule’a. (Ciepło Joule’a wykorzystuje się m.in. do nagrzewania elektrycznego i w cieplnych miernikach elektrycznych; może ono być czynnikiem szkodliwym, gdyż powoduje straty energii w przewodach przenoszących energię elektryczną, grzanie się elektromagnesów itp.)
Równoważność ciepła i pracy
Najważniejsze rozprawy Joule’a dotyczyły równoważności ciepła i pracy. W 1843 Joule wyznaczył mechaniczny równoważnik ciepła, tj. stosunek pracy do równoważnej mu ilości ciepła. Doświadczenie, w którym mierzono mechaniczny równoważnik ciepła, polegało na mieszaniu obrotowymi łopatkami wody w kalorymetrze — podczas mieszania woda stawia duży opór, trzeba więc wydatkować dużą pracę mechaniczną na napędzanie łopatek; w miarę wydatkowania pracy wzrasta temperatura wody w kalorymetrze. Wyniki tego doświadczenia stały się dowodem równoważności dwóch form przekazywania energii — na sposób ciepła i na sposób pracy. Dostarcza ono najprostszej ilustracji do I zasady termodynamiki, a więc potwierdza zasadę zachowania energii, która mówi, że w procesach fizycznych jedna forma energii może zmienić się w inną, ale całkowita energia zawsze pozostaje stała. Doświadczenia te Joule w latach 1843–50 wielokrotnie powtarzał, używając wody, oleju i rtęci, otrzymując coraz dokładniejszy wynik. Obecnie przyjmuje się, że mechaniczny równoważnik ciepła dla pracy wyrażonej w dżulach (J), a ciepła — w kaloriach (cal), jest równy 4,1868 J/cal (dla pracy i ciepła wyrażonych w dżulach, równy 1).
Zjawisko Joule’–Thomsona
W latach 1850. Joule zajmował się zagadnieniami energii wewnętrznej gazów rzeczywistych. Wraz z Williamem Thomsonem (lordem Kelvinem) przeprowadził wiele doświadczeń, dotyczących przede wszystkim przepływu gazów przez przegrody porowate. W 1842 uczeni zaobserwowali zmianę temperatury gazu podczas jego przepływu z obszaru o wyższym do obszaru o niższym ciśnieniu (bez wykonywania pracy przeciw siłom zewnętrznym) — zjawisko Joule’a–Thomsona. W początkowych eksperymentach obserwowano, że temperatura po rozprężeniu pozostawała taka, jak na początku doświadczenia, z czego można wywnioskować, że energia wewnętrzna gazu zależy tylko od temperatury (a nie np. od ciśnienia lub objętości) — wniosek ten jest prawidłowy tylko dla gazu doskonałego. Późniejsze dużo dokładniejsze pomiary, wykonane przez Joule’a i Thomsona, wykazały nieznaczne zmiany temperatury zachodzące w gazach rzeczywistych. Na zjawisku Joule’a–Thomsona jest oparte działanie jednego z typów skraplarek; wykorzystuje się je do otrzymywania niskich temperatur.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia