James Joule

James Prescott Joule [dʒuːl] (* 24. Dezember 1818 in Salford bei Manchester; † 11. Oktober 1889 in Sale (Greater Manchester)) war ein britischer Physiker.

Leben und Wirken

Joule war der dritte Sohn eines Brauereibesitzers. Später übernahm und betrieb er diese Brauerei zusammen mit seinem Bruder. Ab 1834 studierte Joule bei John Dalton Mathematik und Naturwissenschaften. 1837 richtete er sich ein chemisches Labor ein, das später von verschiedenen Vereinen finanziell unterstützt wurde. Bald heiratete er, aber seine Ehegattin verstarb bereits 1854. 1847 begann seine Zusammenarbeit mit William Thomson, 1. Baron Kelvin. Von 1872 an plagten ihn gesundheitliche Probleme. Als er in späteren Jahren in finanzielle Schwierigkeiten geriet, gewährte ihm die britische Königin Victoria ab 1878 eine Pension.

1838 begann Joule auf der Grundlage der Arbeiten von William Sturgeon mit elektromagnetischen Experimenten, die er der Wärmelehre wegen aufgab. Ab 1840 widmete er sich Untersuchungen über die Wärmewirkungen des Stroms. Dabei bemerkte er die Erwärmung des stromdurchflossenen Leiters (Joulesche Wärme). Ebenfalls 1840 formulierte er das Joulesche Gesetz, nach dem die Wärme proportional dem Produkt aus dem Quadrat der Stromstärke und dem Widerstand des Stromkreises ist.

In den folgenden Jahren maß er die Wärmeentwicklung bei verschiedenen Vorgängen. Er vermutete früh die Existenz einer Äquivalenz von mechanischer Arbeit und Wärme (mechanisches Wärmeäquivalent) und führte dazu 1843 einen klassischen und nach ihm benannten Versuch aus: Einer thermisch isolierten Wassermenge wurde eine definierte Menge mechanischer Energie zugeführt und anschließend die Temperaturerhöhung gemessen. Auf diese Weise konnte er die Existenz einer Wärmeäquivalenz nachweisen, die ihm zu Ehren in der Einheit Joule gemessen wird. Diesen Nachweis erbrachte 1841 bereits der Heilbronner Arzt Robert Mayer (1814–1878), der damit allerdings keine Anerkennung fand.

1846 entdeckte Joule mit der Längenänderung magnetisierter ferromagnetischer Stoffe die Magnetostriktion (Joule-Effekt), die bei der Erzeugung von Ultraschallwellen Anwendung fand. Ab 1852 arbeitete Joule gemeinsam mit Thomson an Experimenten zur Bestätigung thermodynamischer Theorien. 1852 zeigten die beiden Forscher, dass ein Gas, das sich ungestört ausdehnen kann, sich abkühlt. Dieser Joule-Thomson-Effekt war ein Beweis für die Annahme, dass zwischen den Gasmolekülen schwache Kräfte wirksam sind. Anwendung fand der Satz bei der Gasverflüssigung und in der Kältetechnik. Außerdem konzipierte Joule den idealen Kreisprozess der Heißluftmaschine (Joule-Prozess).

Ehrungen

Ab 1850 war Joule Mitglied der Royal Society, die ihn 1852 mit der Royal Medal, 1870 mit der Copley Medal auszeichnete. Zu seinen Ehren heißt die SI-Einheit der Energie, Arbeit und Wärmemenge „Joule“ (Einheitenzeichen J).

Werke

• New theory of heat, 1850