James Prescott Joule – angol fizikus, a Joule-törvény és a mértékegység

Ismerd meg James Prescott Joule életét és munkásságát: a Joule-törvény felfedezését, a joule mértékegység eredetét és a Joule–Thomson-effektus történetét.

James Prescott Joule (1818. december 24. - 1889. október 11.) angol fizikus, a Manchester melletti Salfordban született. A maga idejében nagyban hozzájárult az elektromosság és a termodinamika világához. Leginkább a Joule-törvény felfedezéséről ismert, amely az elektromos fűtést írta le azzal, hogy az elektromos áram által egy vezetőben másodpercenként termelt hőmennyiség arányos a vezető ellenállásával és az áram négyzetével. Ennek mértékegysége a joule, amely egy watt-szekundummal egyenlő. Később Joule William Thomson-nal együtt dolgozott, hogy kiderítse, hogy a gáz hőmérséklete csökken, mivel a gáz tágul. Ezt az elvet akkoriban Joule-Thomson-effektusként ismerték.

Élete és kutatói háttér

Joule egy tehetősebb családban született; családja sörfőzdét üzemeltetett, és ez a környezet biztosította számára a kényelmet és az otthoni kísérletek lehetőségét. Formális egyetemi diplomát nem szerzett: korabeli magántanulmányokra és önképzésre támaszkodott, nagy hangsúlyt fektetett a precíz, jól megtervezett kísérletekre. Több vizsgálatát saját kis laborjában végezte, és rendszeresen levelezett, illetve együttműködött korának más kiemelkedő tudósaival.

Főbb eredményei és kísérletei

• Joule-törvény: kimutatta, hogy egy vezetőn átfolyó áram által termelt hő arányos az ellenállással és az áramerősség négyzetével (H = I²Rt). Ez a törvény fontos alapelv az elektromos fűtés és az elektromos energiaveszteségek megértésében.
• Mechanikai és hőmunka egyenértéke: pontos kísérletekkel (például a súlyok leeresztésével meghajtott keverők által előidézett vízhőmérséklet-emelkedés mérésével — a „paddle-wheel” kísérlet) megmutatta, hogy a mechanikai munka és a hő mennyisége szoros kapcsolatban áll. Ezzel a munkájával a hő természete és az energia megmaradásának elve felé tett fontos lépést; megadta a mechanikai munka és a hő közötti átváltási tényező nagyságrendjét.
• Joule–Thomson-effektus: William Thomsonnal (később Lord Kelvin) közösen tanulmányozták a gázok hőmérsékletváltozását izochorikus vagy izentrópikus tágulás során. Megfigyelték, hogy sok gáz hűl, ha nagy nyomásról alacsonyabb nyomásra szabadon tágul át egy csapon vagy porózus dugón.
• Mérési precizitás és kísérleti módszertan: Joule különösen nagy pontosságra törekedett méréseiben, ez is hozzájárult ahhoz, hogy eredményeit a kor tudósai elfogadják és továbbfejlesszék.

Hatás és örökség

Joule munkája alapvető hatással volt a termodinamika kialakulására. Eredményei segítettek megerősíteni az energia megmaradásának elvét (az első főtétel egyik kísérleti alapját képezik), és hozzájárultak ahhoz, hogy a hőt ne mint anyagi fluidumot, hanem az energia egyik formáját tekintsék. A róla elnevezett joule az energia SI-mértékegysége; a mindennapi gyakorlatban és a fizikában egyaránt széles körben használják.

Joule-t munkásságáért kortársai elismerték, és ma is mint a kísérleti fizika példamutató alakját emlegetik: gondos, reprodukálható mérései és az elmélet iránti érzékenysége hozzájárult a modern fizika fejlődéséhez.

Korai életút

A gazdag sörfőző Benjamin Joule (1784-1858) fiaként James Prescott Joule a salfordi New Bailey Street-i Joule sörfőzde melletti házban született 1818. december 24-én. James a Salford melletti Pendleburyben, a családi házban, a "Broomhill"-ben tanult 1834-ig, amikor is idősebb testvérével, Benjaminnal együtt John Daltonhoz küldték tanulni a Manchesteri Irodalmi és Filozófiai Társaságba. Mindössze két évig tanultak számtanból és geometriából, mielőtt Dalton agyvérzés miatt kénytelen volt visszavonulni.

Joule 1892-es illusztrációja

Kinetikai elmélet

A kinetika a mozgás tudománya. Joule Dalton tanítványa volt, és nem meglepő, hogy megtanult szilárdan hinni az atomelméletben, még akkor is, ha korában sok tudós még szkeptikus volt. Emellett azon kevesek közé tartozott, akik fogékonyak voltak John Herapathnak a gázok kinetikai elméletével kapcsolatos munkájára. Nagy hatással volt rá továbbá Peter Ewart 1813-ban megjelent, A mozgó erő mértékéről című munkája.

James Prescott Joule

Kérdések és válaszok

K: Ki volt James Prescott Joule?

K: Mi volt James Prescott Joule hozzájárulása az elektromosság világához?

K: Mit mond Joule törvénye?

K: Mi a Joule-törvény mértékegysége?

K: Kivel dolgozott együtt James Prescott Joule a Joule-Thomson-effektus felfedezésén?

K: Mi az a Joule-Thomson-effektus?

K: Mikor élt és mikor halt meg James Prescott Joule?

Keresés betűvel