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.