Joel, Jaime

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Joule de James Prescott
Joule de James Prescott
Fecha de nacimiento 24 de diciembre de 1818( 1818-12-24 ) [1] [2] [3] […]
Lugar de nacimiento
Fecha de muerte 11 de octubre de 1889( 11/10/1889 ) [1] [2] [3] […] (70 años)
Un lugar de muerte Venta (Gran Manchester) , Cheshire , Inglaterra , Reino Unido
País
Esfera científica física
alma mater
Premios y premios Medalla Real (1852),
Medalla Copley (1866),
Medalla Albert (Royal Society of Arts) (1880)
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James Prescott Joule ( Ing.  James Prescott Joule ; 24 de diciembre de 1818 , Salford , Lancashire , Inglaterra , Reino Unido  - 11 de octubre de 1889 , Sale , Cheshire , Inglaterra , Reino Unido ) es un físico inglés que hizo una contribución significativa al desarrollo de la termodinámica . . Él justificó la ley de conservación de la energía en experimentos . Estableció la ley que determina el efecto térmico de la corriente eléctrica . Calculó la velocidad de movimiento de las moléculas de gas y estableció su dependencia de la temperatura .

Estudió experimental y teóricamente la naturaleza del calor y descubrió su conexión con el trabajo mecánico, a raíz de lo cual, casi simultáneamente con Mayer , llegó al concepto de conservación universal de la energía , que, a su vez, proporcionó la formulación del primer ley de la termodinámica . Trabajó con Thomson en la escala de temperatura absoluta, describió el fenómeno de la magnetoestricción , descubrió la conexión entre la corriente que fluye a través de un conductor con una determinada resistencia y la cantidad de calor que se libera al mismo tiempo ( la ley de Joule-Lenz ). Hizo una contribución significativa a la técnica del experimento físico, mejoró el diseño de muchos instrumentos de medición.

La unidad de medida de la energía, el julio , lleva el nombre del julio .

Biografía

Nacido en la familia de un rico dueño de una cervecería en Salford cerca de Manchester , fue educado en casa , además, durante varios años su maestro en matemáticas elementales , los inicios de la química y la física fue Dalton [5] . A partir de 1833 (desde los 15 años) trabajó en una cervecería, y paralelamente a la educación (hasta los 16 años) y la ciencia, hasta 1854 participó en la dirección de la empresa, hasta su venta [6] .

Comenzó sus primeros estudios experimentales ya en 1837, interesándose por la posibilidad de sustituir las máquinas de vapor en una cervecería por eléctricas. En 1838, por recomendación de uno de sus maestros Davies ( Ing.  John Davies ), cuyo íntimo amigo fue el inventor del motor eléctrico Sturgeon , publicó el primer trabajo sobre electricidad en la revista científica Annals of Electricity , organizada el año anterior por Sturgeon, el trabajo se dedicó al dispositivo de un motor electromagnético. En 1840 descubrió el efecto de la saturación magnética durante la magnetización de los ferromagnetos [5] y durante los años 1840-1845 estudió experimentalmente los fenómenos electromagnéticos.

Buscando las mejores formas de medir las corrientes eléctricas, James Joule en 1841 descubrió la ley que lleva su nombre, la cual establece una relación cuadrática entre la intensidad de la corriente y la cantidad de calor liberado por esta corriente en el conductor (en la literatura rusa aparece como la Ley de Joule-Lenz , ya que en 1842 de forma independiente esta ley fue descubierta por el físico ruso Lenz ). El descubrimiento no fue apreciado por la Royal Society de Londres , y el trabajo se publicó solo en la revista periódica de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester ( ing.  Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester ) [5] .

En 1840, Sturgeon se mudó a Manchester y dirigió la Galería Royal Victoria para el Fomento de la Ciencia Práctica , una  exposición comercial e institución educativa, donde en 1841 invitó a Joule como primer conferenciante.

En los trabajos de principios de la década de 1840, investigó la cuestión de la viabilidad económica de los motores electromagnéticos, al principio creyendo que los electroimanes podían ser una fuente de una cantidad ilimitada de trabajo mecánico, pero pronto se convenció de que, desde un punto de vista práctico , las máquinas de vapor de esa época eran más eficientes [7] , publicando en 1841 las conclusiones de que la eficiencia de una máquina electromagnética "ideal" por libra de zinc (utilizada en baterías) es solo el 20% de la eficiencia de una máquina de vapor por libra de zinc. carbón quemado, sin ocultar la desilusión [8] .

En 1842 descubre y describe el fenómeno de la magnetoestricción , que consiste en un cambio en el tamaño y volumen de un cuerpo con un cambio en su estado de magnetización . En 1843, formula y publica los resultados finales del trabajo sobre el estudio de la liberación de calor en los conductores, en particular, muestra experimentalmente que el calor liberado de ninguna manera se toma del medio ambiente, lo que refutó irrevocablemente la teoría del calórico , cuyos partidarios aún permanecía en ese momento. En el mismo año, se interesó por el problema general de la relación cuantitativa entre las diversas fuerzas que conducen a la liberación de calor y, habiendo llegado a la conclusión de que Mayer ( 1842 ) predijo la existencia de una cierta relación entre el trabajo y la cantidad de calor, estaba buscando una relación numérica entre estas cantidades: el equivalente mecánico del calor . Durante los años 1843-1850, realiza una serie de experimentos, mejorando continuamente la técnica experimental y confirmando cada vez el principio de conservación de la energía con resultados cuantitativos .

En 1844, la familia Joule se mudó a una nueva casa en Whalley Range , donde se instaló un  cómodo laboratorio para James [8] . En 1847 se casó con Amelia Grimes, pronto tuvieron un hijo y una hija, en 1854 murió Amelia Joule [8] .

En 1847, conoció a Thomson , quien apreciaba mucho la técnica experimental de Joule, y con quien posteriormente colaboró ​​fructíferamente, en gran parte bajo la influencia de Joule, también se formaron las ideas de Thomson sobre cuestiones de teoría cinética molecular [9] . En el primer trabajo conjunto, Thomson y Joule crean una escala de temperatura termodinámica .

En 1848, con el fin de explicar los efectos térmicos con el aumento de la presión , propuso un modelo de gas que consiste en bolas elásticas microscópicas, cuya colisión con las paredes del recipiente crea presión y da una estimación de la velocidad del hidrógeno. pelotas elásticas” de unos 1850 m/s. Por recomendación de Clausius , este trabajo se publicó en Philosophical Transactions of the Royal Society , y aunque posteriormente se revelaron graves defectos en él [10] , tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la termodinámica , en particular, ideológicamente se hace eco del trabajo. de van der Waals a principios de la década de 1870 sobre Real Gas Modeling .

A finales de la década de 1840, el trabajo de Joule estaba ganando reconocimiento general en la comunidad científica, y en 1850 fue elegido miembro de pleno derecho de la Royal Society of London [9] .

En los trabajos de 1851, mejorando sus modelos teóricos de representación del calor como el movimiento de partículas elásticas, calculó teóricamente la capacidad calorífica de algunos gases con bastante precisión [11] . En 1852 descubre, mide y describe en una serie de trabajos conjuntos con Thomson el efecto de un cambio en la temperatura del gas durante la estrangulación adiabática , conocido como efecto Joule-Thomson, que luego se convirtió en uno de los principales métodos para obtener temperaturas ultrabajas. contribuyendo así al surgimiento de la física de bajas temperaturas como una rama de las ciencias naturales.

En la década de 1850, publicó una gran serie de artículos sobre la mejora de las mediciones eléctricas, ofreciendo diseños de voltímetros , galvanómetros y amperímetros que brindan una alta precisión de medición; En general, a lo largo de toda su práctica científica, Joule prestó una gran atención a las técnicas experimentales que permitían obtener resultados de gran precisión.

En 1859, explora las propiedades termodinámicas de los sólidos, midiendo el efecto térmico durante las deformaciones, y observa las propiedades no estándar del caucho en comparación con otros materiales [8] .

En la década de 1860, se interesó por los fenómenos naturales y ofreció posibles explicaciones sobre la naturaleza de las tormentas atmosféricas , los espejismos y los meteoritos .

En 1867, Joule, según el esquema propuesto por Thomson, mide el estándar del equivalente mecánico del calor para la Asociación Científica Británica , pero obtiene resultados que difieren de los valores obtenidos de experimentos puramente mecánicos, sin embargo, el refinamiento del las condiciones de los experimentos mecánicos confirmaron la precisión de las medidas de Joule y en 1878 se revisó el estándar de resistencia [10] .

En las etapas iniciales de su actividad, Joule realizó experimentos y realizó investigaciones exclusivamente a sus expensas, pero después de la venta de la cervecería en 1854, su situación financiera se deterioró gradualmente y tuvo que utilizar la financiación de varias organizaciones científicas, y en 1878 se le concedió una pensión estatal [10] . Desde niño padeció una enfermedad de la columna vertebral, y desde principios de la década de 1870, debido a su mala salud, prácticamente no trabajó. Murió en 1889.

Equivalente mecánico del calor

Desde 1843, Joule busca la confirmación del principio de conservación de la energía y trata de calcular el equivalente mecánico del calor. En los primeros experimentos mide el calentamiento de un líquido en el que se sumerge un solenoide con núcleo de hierro girando en el campo de un electroimán , tomando medidas en los casos de devanado cerrado y abierto de un electroimán, luego mejora el experimento, excluyendo la rotación manual y poniendo en acción el electroimán por una carga que cae. Con base en los resultados de la medición, formula la relación [12] [13] :

La cantidad de calor que puede calentar 1 libra de agua 1 grado Fahrenheit es igual y se puede convertir en fuerza mecánica que puede elevar 838 libras a una altura vertical de 1 pie

Texto original  (inglés)[ mostrarocultar] La cantidad de calor capaz de elevar la temperatura de una libra de agua en un grado de la escala de Farhenheit es igual y puede convertirse en una fuerza mecánica capaz de elevar 838 lb. a la altura perpendicular de un pie.

Los resultados de los experimentos se publican en 1843 en el artículo "Sobre el efecto térmico de la magnetoelectricidad y el significado mecánico del calor" [14] . En 1844, formula la primera versión de la ley de la capacidad calorífica de los cuerpos cristalinos complejos, conocida como ley de Joule-Kopp ( Kopp dio una formulación exacta y una confirmación experimental final en 1864 ).

Además, en el experimento de 1844 mide la liberación de calor cuando se fuerza un líquido a través de tubos estrechos, en 1845 mide el calor durante la compresión del gas, y en el experimento de 1847 compara los costos de hacer girar el agitador en un líquido con el calor formado como resultado de la fricción [5] .

En los trabajos de 1847-1850, da un equivalente mecánico del calor aún más preciso. Usaron un calorímetro de metal montado en un banco de madera. Dentro del calorímetro había un eje con cuchillas ubicadas en él. En las paredes laterales del calorímetro había hileras de placas que impedían el movimiento del agua, pero no tocaban las aspas. Un hilo con dos extremos colgantes se enrollaba alrededor del eje fuera del calorímetro, al que se unían pesas. En los experimentos se midió la cantidad de calor liberado durante la rotación del eje debido a la fricción. Esta cantidad de calor se comparó con el cambio de posición de las cargas y la fuerza que actúa sobre ellas.

La evolución de los valores del equivalente mecánico de calor obtenido en los experimentos Joule (en pie - libras o pie-libra-fuerza por unidad térmica británica ):

Esta última estimación se acerca a las mediciones ultraprecisas realizadas en el siglo XX.

Lucha por la prioridad en el descubrimiento de la ley de conservación de la energía

A partir de la segunda mitad de la década de 1840, en las páginas de las Actas de la Academia Francesa de Ciencias ( en francés:  Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences ), se inició una acalorada discusión entre Joule y Mayer sobre la prioridad en el descubrimiento de la ley de conservación de la energía para los sistemas termodinámicos , y, aunque la publicación de Mayer salió un poco antes, él, siendo médico de profesión, no fue tomado en serio, mientras que Joule ya contaba con el apoyo de importantes físicos, en particular, su informe de 1847 en la British Scientific Association fue muy apreciado por Faraday , Stokes y Thomson presentes en la reunión [15] . Timiryazev , más tarde considerando esta discusión, notó la consistencia del argumento de Mayer en la lucha contra la "pequeña envidia de los científicos del gremio" [16] . Helmholtz , quien publicó el principio de conservación de la energía en 1847, llamó la atención sobre el trabajo de Mayer en 1851 y reconoció abiertamente su prioridad en 1852.

La siguiente ronda de la lucha por la prioridad tuvo lugar en la década de 1860, cuando la ley recibió un reconocimiento general en la comunidad científica. Tyndall en 1862 en una conferencia pública muestra la prioridad de Mayer, y Clausius toma su punto de vista . Taet , conocido por sus puntos de vista patrióticos pro-británicos, en una serie de publicaciones insiste en la prioridad de Joule, sin reconocer el trabajo de contenido físico de Mayer de 1842, Clausius se opone a él, y el filósofo Dühring , mientras minimiza el trabajo de Joule y Helmholtz, insiste activamente sobre la prioridad de Mayer, que en muchos sentidos sirvió como el reconocimiento final de la prioridad de Mayer. [quince]

Reconocimiento y memoria

En 1850 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres . En 1852 se le concedió la primera Medalla Real por su trabajo sobre el equivalente cuantitativo del calor . En 1860 fue elegido presidente honorario de la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester . 

Recibió los títulos de Doctor en Derecho del Trinity College Dublin (1857), Doctor en Derecho Civil ( DCL ) de la Universidad de Oxford (1860), Doctor en Derecho ( LL.D. ) de la Universidad de Edimburgo (1871) [17] .  

Joule recibió la Medalla Copley en 1866  y la Medalla Albert en 1880 . En 1878 , el gobierno le otorgó una pensión vitalicia de 215 libras esterlinas.

En 1872 y 1877 fue elegido dos veces presidente de la Asociación Científica Británica [18] .

En el Segundo Congreso Internacional de Electricistas, que tuvo lugar en 1889, el año de la muerte de Joule, se nombró en su honor una unidad unificada de medida de trabajo, energía, cantidad de calor , por lo que el coeficiente de transición entre trabajo mecánico y calor ( mecánico equivalente de calor ), que pasó a ser una de las unidades derivadas del SI con nombre propio.

En el Ayuntamiento de Manchester hay un monumento a Joel del escultor Alfred Gilbert , frente al monumento a Dalton . 

En 1970, la Unión Astronómica Internacional nombró un cráter en el lado oculto de la Luna en honor a James Joule .

Bibliografía

Publicó 97 artículos científicos, de los cuales unos 20 fueron escritos conjuntamente con Thomson y Lyon Plafair; la mayoría de las colaboraciones se relacionan con la aplicación de la teoría mecánica del calor a la teoría de los gases, la física molecular y la acústica . Una parte importante del trabajo se dedica a la mejora de equipos experimentales y de medición. Las obras fueron recopiladas en una edición de dos volúmenes publicada por la Sociedad Física de Londres (1884-1887) y traducidas al alemán en 1872 por Hermann Sprengel [19] .

Obras principales:

Notas

  1. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Enciclopedia Británica 
  2. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Enciclopedia Brockhaus  (alemán) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ 1 2 James Prescott Joule // Gran Enciclopèdia Catalana  (cat.) - Grup Enciclopèdia Catalana , 1968.
  4. ↑ www.accademiadellescienze.it  (italiano)
  5. ↑ 1 2 3 4 Golin, Filonovich, 1989 , p. 382.
  6. ↑ La marca de cerveza de la fábrica Joule todavía existe a principios del siglo XXI, Joule's Story . Cervecería Joule. Consultado el 10 de mayo de 2013. Archivado desde el original el 13 de mayo de 2013.
  7. ↑ Golin, Filonovich, 1989 , p. 381-382.
  8. ↑ 1 2 3 4 Glazebrook, RT Joule, James Prescott (DNB00) // Diccionario de biografía nacional . - 1885-1900. — vol. treinta.
  9. ↑ 1 2 Golin, Filonovich, 1989 , p. 383.
  10. ↑ 1 2 3 Golin, Filonovich, 1989 , p. 384.
  11. ↑ Joule James Prescott // Deudor - Eucalipto. - M.  : Enciclopedia Soviética, 1972. - ( Gran Enciclopedia Soviética  : [en 30 volúmenes]  / editor en jefe A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 8).
  12. ↑ 100 grandes descubrimientos científicos / D.K. Samin. - M. : Veche, 2002. - S. 90-93. — 480 s. — 25.000 copias.  — ISBN 5-7838-1085-1 .
  13. ↑ Donald SL Cardwell. James Joule: una biografía . - Manchester University Press, 1991. - S. 57. - 333 p. - ISBN 0-7190-3479-5 .
  14. ↑ Joule, JP Sobre los efectos caloríficos de la magnetoelectricidad y sobre el valor mecánico del calor  //  Philosophical Magazine, Serie 3: diario. - 1843. - vol. 23 . - pág. 263-276 .
  15. ↑ 1 2 Spassky, BI §45. Descubrimiento de la ley de conservación de la energía // Historia de la Física. - 2do. - M. : Escuela superior, 1977. - T. I. - S. 308-316. — 320 s.
  16. ↑ Kudryavtsev P.S. Curso de historia de la física . — 2ª ed., corregida. y adicional - M. : Educación, 1982. - 448 p.
  17. ↑ En el Reino Unido, el título de Doctor en Derecho es el título de doctorado más alto otorgado sobre la base de una suma de investigación avanzada. También a menudo premiado por méritos en el ámbito público (a menudo en la política y la justicia)
  18. ↑ James Prescott Joule - Enciclopedia en línea La vuelta al mundo . Consultado el 10 de noviembre de 2009. Archivado desde el original el 8 de junio de 2009.
  19. ↑ Los artículos científicos de James Prescott Joule / Joule,.

Literatura

Enlaces

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