Джеймс Джоэл есімін білмейтін адам жоқ шығар. Бұл физиктің ашқан жаңалықтары бүкіл әлемде қолданылады. Ғалым қандай жолды таңдады? Ол қандай жаңалықтар ашты?
Көрнекті физиктің өмірі
Джеймс Джоуль 1818 жылы 24 желтоқсанда дүниеге келген. Болашақ физиктің өмірбаяны ағылшынның Салфорд қаласында, сыра қайнату зауытының сәтті иесінің отбасында басталады. Баланың білімі үйде өтті, оған біраз уақыт физика мен химиядан Джон Далтон сабақ берді. Оның арқасында ағылшын физигі ғылымға ғашық болды.
Джоульдің денсаулығы жақсы болмады, ол көп уақытын үйде өткізіп, физикалық эксперименттер мен эксперименттер жүргізді. 15 жасында әкесінің сырқатына байланысты сыра зауытын ағасымен бірге басқаруға тура келді. Әкесінің зауытында жұмыс істеу оған университетке түсуге мүмкіндік бермеді, сондықтан Джеймс Джоуль өзін толығымен үй зертханасына арнады.
1838-1847 жылдар аралығында физик электр тоғын белсенді түрде зерттеп, өзінің алғашқы ғылыми жетістіктерін жасады. «Электр энергиясының жылнамасында» ол электр энергиясы туралы мақала жариялады және 1841 жылы жаңа физикалық заңды ашты, ол қазір оның атымен аталады.
1847 жылы Джоуль өзінің бірінші және жалғыз некесін Амелия Гримспен құрады. Жақында олардаАлиса Амелия мен Бенджамин Артур дүниеге келді. 1854 жылы оның әйелі мен ұлы қайтыс болды. Джоульдің өзі 1889 жылы Англияда, Сале қаласында қайтыс болды.
Өмір бойы ол физикадан 97-ге жуық мақала жариялады, олардың кейбіреулері басқа ғалымдармен: Лион, Томсон және т.б. бірлесіп жазған. Көрнекті ғылыми жетістіктері және физика заңдарын ашқаны үшін ол бірнеше медальдармен марапатталған және медальдармен марапатталған. Ұлыбритания үкіметінен шамамен 200 фунт көлеміндегі өмір бойы зейнетақысы.
Алғашқы жұмыстар мен тәжірибелер
Әкесінің сыра қайнату зауытындағы бу қозғалтқыштарын бақылай отырып, Джеймс Джоуль тиімділік үшін оларды электрлік қозғалтқыштарға ауыстыруды ұйғарды. 1838 жылы ол ғылыми журналда өзі ойлап тапқан электромагниттік қозғалтқыштың құрылғысын сипаттайтын мақаласын жариялады. 1840 жылы сыра зауытында жаңа электр қозғалтқыштары пайда болды, ал физик электр тогы мен жылуды бөлуді зерттеуді жалғастырды. Кейінірек бу машиналары әлдеқайда тиімдірек екені белгілі болды.
Тәжірибелер барысында Джоуль температураны 1/200 градус дәлдікпен өлшей алатын термометрлер жасайды. Бұл оған токтың жылу әсерін зерттеуге тереңірек енуге мүмкіндік береді. 1840 жылы әрі қарайғы бақылаулардың арқасында физик магниттік қанығудың әсерін ашты. Сол жылы ол Корольдік ғылыми қоғамға «Электр тогының көмегімен жылудың пайда болуы туралы» жұмысын жібереді. Мақала бағаланбады. Оны басып шығаруға тек Манчестер әдеби және философиялық журналы ғана келісті.
Джоуль-Ленц заңы
Лондон ғылыми қоғамы мойындамаған мақала кейінірек негізгі мақалалардың бірі болып шықты.ғалымның жетістіктері. Мақалада Джеймс Джоул ток күші мен бөлінетін жылу мөлшері арасындағы байланыс туралы айтты. Ол өткізгіште бөлінетін жылу мөлшері өткізгіштің кедергісіне, күштің квадратына және токтың өту уақытына тура пропорционал екенін дәлелдеді.
Сол кезде осыған ұқсас теорияны Эмилиус Ленц жасаған болатын. Металл өткізгіштің өткізгіштігі температураға тәуелді екенін орыс физигі 1832 жылы ашқан. Өткізгіштегі температураны дәл анықтау үшін ғалым спирт құйылған арнайы ыдыс ойлап тапты. Ток өтетін сым ыдысқа түсірілді. Содан кейін алкоголь қанша уақыт қызатыны бақыланды. Джоул Джеймс Прескотт ұқсас әдісті пайдаланды, бірақ сұйықтық ретінде суды пайдаланды.
Ленцтің көп жылдық зерттеулерінің нәтижелері 1843 жылы ғана жарияланды, бірақ оның жазбаларында Джоульге қарағанда дәлірек ғылыми негіздемелер болды, оның жұмысы алғашында тіпті басып шығарғысы келмеген. Джоульдің басымдылығын және Эмиль Ленцтің нақты есептеулерін ескере отырып, заңға екеуінің есімін беру туралы шешім қабылданды. Уақыт өте Джоуль-Ленц заңы термодинамиканың негізін қалады.
Магнитөткізу
Электр тогының қасиеттерімен қатар Джеймс Джоуль магниттік құбылыстарды зерттейді. 1842 жылы ол темірдің магниттік толқындардың әсерінен өлшемі өзгеретінін байқады. Металл шыбықтар магнит өрісіне қойылса, олардың ұзындығы сәл ұзарады.
Ғылыми қоғамдастық бұл жерде қандай да бір жаңалықтың бар екеніне күмән келтірді. Шыбықтардың өлшемдерінің өзгеруі болдыелеусіздігі сонша, адам көзі оны ұстай алмайтын. Бірақ физик арнайы техника ойлап тапты, оның көмегімен ол көрнекі дәлелдер алады.
Кейін басқа металдарда да мұндай әсер бар екені белгілі болды және құбылыстың өзі магнитострикция деп аталды. Қазір Джоульді ашу үшін көптеген қосымшалар табылды. Мысалы, магнитостриктивтік металдар резервуарлардағы су деңгейін өлшеуге арналған толқын өткізгіштің материалы ретінде қызмет етеді. Бұл құбылыс ұрлыққа қарсы жүйелерде тегтер жасау үшін де қолданылады.
Газ тәжірибелері
40-жылдары Джеймс Джоуль газдың қасиеттерін, атап айтқанда оның кеңеюі мен жиырылуына байланысты құбылыстарды белсенді түрде зерттеді. Сиректелген газдың ішкі энергиясы көлемге тәуелді емес екенін дәлелдей отырып, оның кеңеюіне тәжірибе жүргізді. Газдың температурасы ғана маңызды.
1848 жылы Джоуль физика тарихында алғаш рет газ молекулаларының жылдамдығын өлшеді. Бұл тәжірибе газдардың кинетикалық теориясы бойынша алғашқы жұмыс болды, бұл саладағы одан әрі зерттеулерге серпін берді. Джоуль жұмысын кейінірек шотландиялық Джеймс Максвелл жалғастырды.
Ағылшын физигі құрметіне елеулі ғылыми үлесі үшін жұмысты, жылу мен энергия мөлшерін өлшеу бірлігі Джоуль деп аталды.
Джоуль және Томсон
Уильям Томсон Джоульдің қызметіне және оның ғылыми әлемде танылуына үлкен әсер етті. Ғалымдар 1847 жылы Джоуль Британдық ғалымдар қауымдастығына жылудың механикалық эквивалентінің өлшемдері туралы есеп бергенде кездесті.
Томсон Джоульге дейін ғылыми ортада мән берілмеді. Кім біледі, егер Уильям Томас британдық қоғамдастықтың «снобтарына» олардың маңыздылығын түсіндірмегенде, біз ол ашқан физика заңдарын білмеуіміз мүмкін еді.
Физиктер бірге газдардың қасиеттерін зерттеп, газдың адиабаттық дроссель кезінде салқындатылатынын анықтады. Яғни, газдың (немесе сұйықтықтың) температурасы саңылау (оқшауланған клапан) арқылы өту кезінде төмендейді. Бұл құбылыс Джоуль-Томсон эффектісі деп аталады. Енді бұл құбылыс төмен температураларды алу үшін қолданылады.
Ғалымдар сонымен қатар Уильям Томсонға тиесілі лорд Кельвин атағымен аталған термодинамикалық шкаламен жұмыс жасады.
Джеймс Джоульдің мойындауы
Даңқ пен танымалдық әлі де ағылшын физигін басып озды. 1950 жылдары ол Лондон корольдік қоғамының мүшесі болды және корольдік медальмен марапатталды. 1866 жылы ол Копли медалін, кейін Альберт медалін алды.
Бірнеше рет Джоуль Британдық ғылыми қауымдастығының президенті болды. Оған Дублин колледжі, Эдинбург және Оксфорд университеттерінде заң ғылымдарының докторы дәрежесі берілді.
Манчестердегі Сити Холлда оның құрметіне мүсін және Вестминстер аббаттығында мемориал бар. Айдың арғы жағында Джеймс Джоуль кратері бар.
Қорытынды
Физика заңдары мен өлшем бірліктеріне есімі берілген атақты ғалым тануға қол жеткізе алмады. Оның арқасындатабандылық пен еңбек, ол көптеген сәтсіздіктерге дейін тоқтаған жоқ. Соңында ол күн астында немесе тым болмағанда ай кратерінде өз орнын алу құқығын дәлелдеді.
