Джеймс Джоуль

Дже́ймс Пре́скотт Джо́уль (англ. James Prescott Joule, МФА: [ˈdʒuːl], *24 грудня 1818 — †11 жовтня 1889) — англійський фізик і пивовар.

Джоуль вивчав природу тепла і визначив кількість теплоти, що виділяється при механічній роботі. Це привело його до відкриття закону збереження енергії і, врешті, до формулювання першого закону термодинаміки. Разом із лордом Кельвіном він працював над розробкою абсолютної шкали температури. Йому також належить визначення кількості теплоти, що виділяється при проходженні струму через провідник (закон Джоуля-Ленца). Досліджував магнітострикцію.

На його честь названа одиниця вимірювання енергії — джоуль, що застосовується у міжнародній системі СІ.

Життєпис

Народився Джеймс Прескотт Джоуль 24 грудня 1818 у місті Солфорд. Його батько був багатим пивоваром, тому до 15-ти років Джоуль виховувався в сім'ї і здобув домашню освіту. Протягом декількох років його вчив математиці, фізиці, початкам хімії відомий фізик і хімік Джон Дальтон, під впливом якого Джоуль вже в 19 років почав експериментальні дослідження. Саме Дальтон прищепив Джоулю любов до науки і пристрасть до збору та осмислення чисельних даних, на яких засновані наукові теорії і закони. Але математична підготовка Джоуля була слабкою, що надалі дуже заважало йому в дослідженнях і, можливо, не дало йому зробити ще значніші відкриття.

У 1838 в журналі «Аннали електрики» («Annals of Electricity») з'явилася його стаття з описом електромагнітного двигуна, в 1840 він виявив ефект магнітного насичення, в 1842 — явище магнітострикції.

У Джоуля не було жодної професії і жодної іншої роботи, окрім допомоги в управлінні батьковим заводом. Аж до 1854, коли завод нарешті був проданий, Джоуль працював на ньому і уривками, ночами, займався своїми дослідами. Після 1854 року у Джоуля з'явилися і час, і кошти, щоб побудувати у власному будинку фізичну лабораторію і повністю присвятити себе експериментальній фізиці. Пізніше Джоуль мав матеріальні труднощі і для продовження досліджень звернувся по фінансову допомогу до королеви Вікторії.

Протягом 1837–1847 років Джоуль увесь вільний час присвятив різноманітним експериментам з перетворення різних форм енергії — механічної, електричної, хімічної, — в теплову енергію. Він розробив термометри, що вимірювали температуру з точністю до однієї двохсотої градуса, що дозволило йому проводити вимірювання з найкращою для того часу точністю. Під впливом робіт Фарадея Джоуль звернувся до вивчення теплових ефектів струму, результатом чого стало відкриття закону, що називається тепер законом Джоуля. Згідно з цим законом, кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна опору провідника і квадрату сили струму.

У 1843 Джоуль зайнявся новою проблемою: доказом існування кількісного співвідношення між «силами» різної природи, що приводять до виділення тепла. Перші його досліди полягали у вимірюванні кількості тепла, що виділяється в посудині з водою, в якій під дією вантажу, що опускається, обертався електромагніт, а сама посудина була поміщена в магнітне поле. У цих дослідах він уперше визначив механічний еквівалент теплоти (4,5 Дж/кал в сучасних одиницях), а в подальші роки досліджував теплові ефекти при продавлюванні рідини через вузькі отвори (1844), стисненні газу (1845) тощо. Всі ці досліди привели Джоуля до відкриття закону збереження енергії. Згодом його ім'ям була названа одиниця вимірювання всіх видів енергії (Джоуль) — механічної, теплової, електричної, випромінення і інші.

У червні 1847 року Джоуль представив доповідь на зборах Британської асоціації учених, в якій він повідомив про найточніші вимірювання механічного еквівалента теплоти. Доповідь стала поворотним пунктом в його кар'єрі. У 1850 Джоуль був вибраний членом Лондонського королівського товариства. Він став одним з найавторитетніших учених свого часу, володарем багатьох титулів і нагород.

У 1847 Джоуль познайомився з Вільямом Томсоном, відомим як лорд Кельвін, і досліджував разом з ним досліджувати поведінку газів в різних умовах. Результатом цієї співпраці стало відкриття ефекту охолоджування газу при повільному адіабатичному протіканні його через пористу перегородку (ефект Джоуля — Томсона). Цей ефект використовується для зрідження газів. Крім того, Джоуль разом із лордом Кельвіном побудував термодинамічну температурну шкалу, розрахував теплоємність деяких газів, обчислив швидкість руху молекул газу і встановив її залежність від температури.

У 1854 році Джоуль продав завод, що залишився йому від батька, і цілком присвятив себе науці. Невтомно працюючи все в тій же області, Джоуль до смерті обнародував 97 наукових робіт, з яких близько 20 зроблені в співтоваристві з Вільямом Томсоном і Л. Плефером; більшість з них стосується застосування механічної теорії тепла до теорії газів, молекулярної фізики і акустики і належать до класичних робіт з фізики.

Помер Джоуль в Сейлі 11 жовтня 1889 року. Він похований там же, на кладовищі району Бруклендс, на його могилі написане число 772.55, що відповідає виміряному ним значенню механічного еквівалента теплоти у фунтах-футах на британську теплову одиницю. У Вестмінстерському абатстві є меморіал Джоуля, а в Манчестерській ратуші стоїть статуя Джоулю роботи Альфреда Джильберта.

Визнання і нагороди

Джоуль був членом Лондонського королівського товариства, отримав почесні звання доктора honoris causa Трініті коледжу в Дубліні (1857), Оксфордського університет (1861), Единбурзького (1871) і Лейденського (1875) університетів; у 1878 році йому призначена урядом довічна пенсія в 200 фунтів стерлінгів.

Твори Джоуля зібрані в «Scientific papers by J. P. Joule» (2 т., Лондон, 1884-87) і перекладені в 1872 році Шпренгелем німецькою мовою.

Серед нагород і почестей, яких був удостоєний учений, — золота медаль Лондонського королівського товариства (1852), медаль Коплі (1866), медаль Альберта (1880). У 1872 і 1877 Джоуль був вибраний президентом Британської асоціації з розповсюдження наукових знань.

На честь фізика названо астероїд 12759 Джоуль

Див. також

• Закон Джоуля

Обрані роботи

• Joule, J. P. (1963). The Scientific Papers of James Prescott Joule. London: Dawsons of Pall Mall.