Chắc hẳn không ai là không biết đến cái tên James Joel. Những khám phá của nhà vật lý này được sử dụng trên toàn thế giới. Nhà bác học đã đi con đường nào? Anh ấy đã khám phá ra điều gì?
Cuộc đời của một nhà vật lý kiệt xuất
James Joule sinh ngày 24 tháng 12 năm 1818. Tiểu sử của nhà vật lý tương lai bắt đầu tại thị trấn Salford của Anh, trong một gia đình của một chủ nhà máy bia thành công. Việc học của cậu bé diễn ra ở nhà, một thời gian cậu được John D alton dạy vật lý và hóa học. Nhờ anh ấy, nhà vật lý người Anh đã yêu khoa học.
Joule không có sức khỏe tốt, anh ấy dành nhiều thời gian ở nhà, tiến hành các thí nghiệm và thí nghiệm vật lý. Năm 15 tuổi, do bệnh của cha mình, anh phải quản lý nhà máy bia cùng với anh trai của mình. Làm việc tại nhà máy của cha không cho anh cơ hội vào đại học, vì vậy James Joule đã dành toàn bộ tâm sức cho phòng thí nghiệm tại nhà của mình.
Từ năm 1838 đến năm 1847, nhà vật lý tích cực nghiên cứu về điện và đưa ra tiến bộ khoa học đầu tiên của mình. Trong Biên niên sử về điện, ông đã xuất bản một bài báo về điện, và vào năm 1841, ông đã khám phá ra một định luật vật lý mới, hiện mang tên ông.
Năm 1847, Joule bước vào cuộc hôn nhân đầu tiên và duy nhất của mình với Amelia Grimes. Ngay sau đó họ cóAlice Amelia và Benjamin Arthur chào đời. Năm 1854, vợ và con trai của ông qua đời. Bản thân Joule qua đời vào năm 1889 tại Anh, tại thành phố Bán.
Trong suốt cuộc đời của mình, ông đã xuất bản khoảng 97 bài báo về vật lý, một số trong số đó được viết chung với các nhà khoa học khác: Lyon, Thomson, v.v. Vì những thành tựu khoa học xuất sắc và khám phá ra các định luật vật lý, ông đã được trao tặng một số huy chương và nhận được một trợ cấp trọn đời từ chính phủ Vương quốc Anh với số tiền khoảng 200 bảng Anh.
Công trình và thử nghiệm đầu tiên
Trong khi quan sát động cơ hơi nước trong nhà máy bia của cha mình, James Joule đã quyết định thay thế chúng bằng động cơ điện cho hiệu quả. Năm 1838, ông xuất bản một bài báo trên tạp chí khoa học, trong đó ông mô tả thiết bị của động cơ điện từ do ông sáng chế. Năm 1840, các động cơ điện mới xuất hiện tại nhà máy bia, và nhà vật lý tiếp tục nghiên cứu về dòng điện và sự tỏa nhiệt. Sau đó, hóa ra động cơ hơi nước hiệu quả hơn nhiều.
Trong các thí nghiệm, Joule tạo ra nhiệt kế có thể đo nhiệt độ với độ chính xác 1/200 độ. Điều này cho phép ông nghiên cứu sâu hơn về hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Năm 1840, nhờ những quan sát sâu hơn, nhà vật lý phát hiện ra ảnh hưởng của bão hòa từ. Cũng trong năm đó, ông đã gửi tới Hiệp hội Khoa học Hoàng gia Anh công trình “Về sự hình thành nhiệt do dòng điện”. Bài báo không được đánh giá. Chỉ có Tạp chí Văn học và Triết học Manchester đồng ý xuất bản nó.
Luật Joule-Lenz
Không được Hiệp hội Khoa học London công nhận, bài báo sau đó hóa ra là một trong những bài báo chínhthành tựu của nhà khoa học. Trong bài báo, James Joule đã nói về mối quan hệ giữa sức mạnh hiện tại và lượng nhiệt tỏa ra. Ông cho rằng nhiệt lượng tỏa ra trong vật dẫn tỷ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, bình phương lực và thời gian dòng điện chạy qua.
Vào thời điểm đó, một lý thuyết tương tự đã được phát triển bởi Emilius Lenz. Thực tế là độ dẫn điện của một vật dẫn kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ đã được một nhà vật lý người Nga phát hiện vào năm 1832. Để xác định chính xác nhiệt độ trong chất dẫn điện, nhà khoa học đã phát minh ra một bình đặc biệt để đổ rượu vào. Dây dẫn dòng điện đi qua được hạ xuống bình. Tiếp theo, nó được theo dõi xem rượu sẽ nóng lên trong bao lâu. Joule James Prescott đã sử dụng một phương pháp tương tự, nhưng sử dụng nước làm chất lỏng.
Kết quả của nhiều năm nghiên cứu Lenz chỉ công bố vào năm 1843, nhưng trong các bài viết của ông có nhiều lý do khoa học chính xác hơn của Joule, người mà tác phẩm của ông lúc đầu thậm chí còn không muốn in. Do tính ưu việt của Joule và những tính toán chính xác của Emil Lenz, người ta quyết định đặt tên cho luật sau cả hai. Theo thời gian, định luật Joule-Lenz đã đặt nền móng cho nhiệt động lực học.
Ma sát từ
Song song với các tính chất của dòng điện, James Joule nghiên cứu các hiện tượng từ trường. Năm 1842, ông nhận thấy rằng sắt thay đổi kích thước dưới tác động của sóng từ trường. Nếu thanh kim loại được đặt trong từ trường, chiều dài của chúng sẽ dài hơn một chút.
Cộng đồng khoa học nghi ngờ về sự tồn tại của bất kỳ khám phá nào ở đây. Sự thay đổi về kích thước của các thanh làtầm thường đến nỗi mắt người không thể bắt được. Nhưng nhà vật lý đã phát triển một kỹ thuật đặc biệt mà ông thu được bằng chứng trực quan.
Sau đó, hóa ra các kim loại khác cũng có hiệu ứng này, và bản thân hiện tượng này được gọi là hiện tượng ma sát từ. Bây giờ, nhiều ứng dụng đã được tìm thấy để khám phá Joule. Ví dụ, các kim loại từ tính dùng làm vật liệu của ống dẫn sóng để đo mực nước trong bể. Hiện tượng này cũng được sử dụng để làm thẻ trong hệ thống chống trộm.
Thí nghiệm về khí
Vào những năm 40, James Joule đã tích cực nghiên cứu các tính chất của chất khí, cụ thể là các hiện tượng liên quan đến sự giãn nở và co lại của nó. Ông đã tiến hành một thí nghiệm với sự nở ra của một loại khí hiếm, đồng thời chứng minh rằng nội năng của nó không phụ thuộc vào thể tích. Chỉ nhiệt độ của khí mới quan trọng.
Năm 1848, Joule đo tốc độ của các phân tử khí lần đầu tiên trong lịch sử vật lý. Kinh nghiệm này là một công trình ban đầu về lý thuyết động học của chất khí, tạo động lực cho các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này. Công việc của Joule sau đó được tiếp tục bởi Scot James Maxwell.
Đối với đóng góp khoa học quan trọng để vinh danh nhà vật lý người Anh, đơn vị đo công việc, lượng nhiệt và năng lượng, Joule, đã được đặt tên.
Joule và Thomson
William Thomson đã có một tác động to lớn đến các hoạt động của Joule và sự công nhận của ông trong giới khoa học. Các nhà khoa học gặp nhau vào năm 1847 khi Joule trình bày một báo cáo về các phép đo nhiệt lượng tương đương cơ học cho Hiệp hội các nhà khoa học Anh.
Trước khi Thomson Joule không được coi trọng trong giới khoa học. Ai biết được, có lẽ chúng ta sẽ không biết các định luật vật lý mà ông ấy đã khám phá ra nếu William Thomas không giải thích tầm quan trọng của chúng đối với những “kẻ hợm mình” của cộng đồng người Anh.
Cùng nhau, các nhà vật lý đã nghiên cứu các đặc tính của khí, phát hiện ra rằng khí được làm mát trong quá trình điều tiết đoạn nhiệt. Tức là, nhiệt độ của khí (hoặc chất lỏng) giảm trong quá trình đi qua lỗ thoát nước (van cô lập). Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Joule-Thomson. Hiện tượng này được sử dụng để đạt được nhiệt độ thấp.
Các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu thang đo nhiệt động lực học, được đặt theo danh hiệu của Lord Kelvin, thuộc về William Thomson.
James Joule tỏ tình
Sự nổi tiếng và sự công nhận vẫn vượt qua nhà vật lý người Anh. Trong những năm 1950, ông trở thành thành viên của Hiệp hội Hoàng gia London và được trao tặng Huân chương Hoàng gia. Năm 1866, ông nhận được huy chương Copley và sau đó là huy chương Albert.
Nhiều lần Joule trở thành Chủ tịch Hiệp hội Khoa học Anh. Ông đã được cấp bằng Tiến sĩ Luật của Đại học Dublin, Edinburgh và Oxford.
Có một bức tượng để vinh danh ông tại Tòa thị chính ở Manchester và một đài tưởng niệm ở Tu viện Westminster. Có một miệng núi lửa James Joule ở phía xa của Mặt trăng.
Kết
Nhà khoa học nổi tiếng, người được đặt tên cho các định luật vật lý và đơn vị đo lường, không thể đạt được sự công nhận. Cảm ơn anh ấykiên trì và làm việc, anh đã không dừng lại trước vô số thất bại. Cuối cùng, anh ấy đã chứng minh được quyền ở vị trí của mình dưới mặt trời, hoặc ít nhất là trên miệng núi lửa Mặt Trăng.
