احتمالاً کسی وجود ندارد که نام جیمز جوئل را نداند. اکتشافات این فیزیکدان در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. دانشمند چه راهی را طی کرد؟ او چه اکتشافاتی کرد؟
زندگی یک فیزیکدان برجسته
جیمز ژول در ۲۴ دسامبر ۱۸۱۸ به دنیا آمد. زندگی نامه فیزیکدان آینده در شهر انگلیسی سالفورد، در خانواده یک صاحب آبجوسازی موفق آغاز می شود. تحصیلات پسر در خانه انجام شد، مدتی توسط جان دالتون به او فیزیک و شیمی آموخت. به لطف او، فیزیکدان انگلیسی عاشق علم شد.
ژول از سلامت خوبی برخوردار نبود، او زمان زیادی را در خانه سپری می کرد و آزمایشات و آزمایشات فیزیکی انجام می داد. قبلاً در سن 15 سالگی به دلیل بیماری پدرش مجبور شد به همراه برادرش کارخانه آبجوسازی را مدیریت کند. کار در کارخانه پدرش به او فرصتی برای رفتن به دانشگاه نمی داد، بنابراین جیمز ژول کاملاً خود را وقف آزمایشگاه خانگی خود کرد.
از 1838 تا 1847، این فیزیکدان به طور فعال الکتریسیته را مطالعه کرد و اولین پیشرفت علمی خود را انجام داد. او در Annals of Electricity مقاله ای در مورد الکتریسیته منتشر کرد و در سال 1841 قانون فیزیکی جدیدی را کشف کرد که اکنون نام او را به خود اختصاص داده است.
در سال 1847، ژول اولین و تنها ازدواج خود را با آملیا گرایمز انجام داد. به زودی آنها دارندآلیس آملیا و بنجامین آرتور متولد می شوند. در سال 1854 همسر و پسرش درگذشت. خود ژول در سال 1889 در انگلستان در شهر سیل درگذشت.
در طول زندگی خود، حدود 97 مقاله در زمینه فیزیک منتشر کرد که برخی از آنها به طور مشترک با دانشمندان دیگر نوشته شده بود: لیون، تامسون و غیره. مستمری مادام العمر از دولت انگلستان به مبلغ حدود 200 پوند.
اولین کارها و آزمایشات
در حین مشاهده موتورهای بخار در کارخانه آبجوسازی پدرش، جیمز ژول تصمیم گرفت برای کارایی آنها را با موتورهای برقی جایگزین کند. در سال 1838، او مقاله ای را در یک مجله علمی منتشر کرد که در آن دستگاه یک موتور الکترومغناطیسی را که خود اختراع کرد، شرح داد. در سال 1840، موتورهای الکتریکی جدید در کارخانه آبجوسازی ظاهر شدند و فیزیکدان به مطالعه جریان الکتریکی و انتشار گرما ادامه داد. بعدها مشخص شد که موتورهای بخار بسیار کارآمدتر هستند.
در طول آزمایش ها، ژول دماسنج هایی ایجاد می کند که می توانند دما را با دقت 1/200 درجه اندازه گیری کنند. این به او اجازه می دهد تا در مطالعه اثر حرارتی جریان عمیق تر کاوش کند. در سال 1840، به لطف مشاهدات بیشتر، فیزیکدان اثر اشباع مغناطیسی را کشف کرد. در همان سال، او کار "در مورد تشکیل گرما با استفاده از جریان الکتریکی" را به انجمن علمی سلطنتی فرستاد. مقاله رتبه بندی نشد فقط مجله ادبی و فلسفی منچستر با انتشار آن موافقت کرد.
قانون ژول-لنز
که توسط انجمن علمی لندن به رسمیت شناخته نشد، بعداً مشخص شد که این مقاله یکی از اصلی‌ترین مقاله‌ها است.دستاوردهای دانشمند در این مقاله، جیمز ژول در مورد رابطه بین قدرت جریان و مقدار گرمای آزاد شده صحبت کرد. او استدلال کرد که مقدار گرمایی که در هادی آزاد می شود با مقاومت هادی، مجذور نیرو و زمان عبور جریان نسبت مستقیم دارد.
در آن زمان، نظریه مشابهی توسط امیلیوس لنز ارائه شد. این واقعیت که رسانایی یک هادی فلزی به دما بستگی دارد توسط یک فیزیکدان روسی در سال 1832 کشف شد. برای تعیین دقیق درجه حرارت در هادی، دانشمند ظرف مخصوصی را اختراع کرد که در آن الکل ریخته می شد. سیمی که جریان از آن عبور می کرد به داخل ظرف پایین آمد. بعد، پیگیری شد که الکل چقدر گرم می شود. ژول جیمز پرسکات از روش مشابهی استفاده کرد، اما از آب به عنوان مایع استفاده کرد.
نتایج چندین سال تحقیقات لنز فقط در سال 1843 منتشر شد، اما در نوشته های او توجیهات علمی دقیق تری از ژول وجود داشت، که کار او در ابتدا حتی نمی خواست چاپ شود. با توجه به تقدم ژول و محاسبات دقیق امیل لنز، تصمیم گرفته شد نام این قانون به نام هر دو نامگذاری شود. با گذشت زمان، قانون ژول-لنز پایه و اساس ترمودینامیک را گذاشت.
انقباض مغناطیسی
به موازات خواص جریان الکتریکی، جیمز ژول پدیده های مغناطیسی را مطالعه می کند. در سال 1842، او متوجه شد که اندازه آهن تحت تأثیر امواج مغناطیسی تغییر می کند. اگر میله های فلزی در میدان مغناطیسی قرار گیرند، طول آنها کمی بیشتر می شود.
جامعه علمی در وجود هر گونه کشفی در اینجا تردید داشت. تغییر در اندازه میله ها بودآنقدر ناچیز که چشم انسان نمی تواند آن را بگیرد. اما فیزیکدان تکنیک خاصی را توسعه داد که با آن شواهد بصری به دست آورد.
بعداً معلوم شد که فلزات دیگر نیز این تأثیر را دارند و خود این پدیده مغناطیسی نامیده شد. اکنون کاربردهای زیادی برای کشف ژول پیدا شده است. به عنوان مثال، فلزات مغناطیسی به عنوان ماده یک موجبر برای اندازه گیری سطح آب در مخازن عمل می کنند. از این پدیده برای ساخت برچسب در سیستم های ضد سرقت نیز استفاده می شود.
آزمایش گاز
در دهه 40، جیمز ژول به طور فعال خواص گاز، یعنی پدیده های مرتبط با انبساط و انقباض آن را مطالعه کرد. او آزمایشی را با انبساط گاز کمیاب انجام داد و در عین حال ثابت کرد که انرژی داخلی آن به حجم بستگی ندارد. فقط دمای گاز مهم است.
در سال 1848، ژول برای اولین بار در تاریخ فیزیک، سرعت مولکول های گاز را اندازه گرفت. این تجربه یک کار اولیه بر روی نظریه جنبشی گازها بود که انگیزه ای برای تحقیقات بیشتر در این زمینه ایجاد کرد. کار ژول بعداً توسط جیمز ماکسول اسکاتلندی ادامه یافت.
برای کمک علمی قابل توجه به افتخار فیزیکدان انگلیسی، واحد اندازه گیری کار، مقدار گرما و انرژی، ژول، نامگذاری شد.
ژول و تامسون
ویلیام تامسون تأثیر زیادی بر فعالیت‌های ژول و شناخت او در دنیای علمی داشت. دانشمندان در سال 1847 زمانی که ژول گزارشی در مورد اندازه گیری معادل مکانیکی گرما به انجمن دانشمندان بریتانیا ارائه کرد، ملاقات کردند.
قبل از تامسون ژول در محافل علمی جدی گرفته نمی شد. چه کسی می داند، شاید اگر ویلیام توماس اهمیت آنها را برای "اسنوب ها" جامعه بریتانیا توضیح نمی داد، قوانین فیزیک را که او کشف کرد، نمی دانستیم.
فیزیکدانان با هم خواص گازها را مطالعه کردند و کشف کردند که گاز در حین دریچه گاز آدیاباتیک سرد می شود. یعنی دمای گاز (یا مایع) در هنگام عبور از روزنه (شیر ایزوله) کاهش می یابد. این پدیده اثر ژول تامسون نامیده می شود. اکنون از این پدیده برای بدست آوردن دمای پایین استفاده می شود.
دانشمندان همچنین بر روی مقیاس ترمودینامیکی کار کردند که به نام لرد کلوین که متعلق به ویلیام تامسون بود نامگذاری شد.
اعتراف جیمز ژول
شهرت و شهرت هنوز بر فیزیکدان انگلیسی پیشی گرفته است. در دهه 1950 به عضویت انجمن سلطنتی لندن درآمد و مدال سلطنتی را دریافت کرد. در سال 1866 او مدال کوپلی و بعداً مدال آلبرت را دریافت کرد.
چندین بار ژول رئیس انجمن علمی بریتانیا شد. او مدرک دکترای حقوق را از کالج دوبلین، ادینبورگ و دانشگاه آکسفورد دریافت کرد.
مجسمه ای به افتخار او در تالار شهر منچستر و یک بنای یادبود در ابی وست مینستر وجود دارد. یک دهانه جیمز ژول در سمت دور ماه وجود دارد.
نتیجه گیری
دانشمند معروف که نامش به قوانین فیزیک و واحدهای اندازه گیری داده شده است، نتوانست به شناخت دست یابد. با تشکر از اوپشتکار و کار، او قبل از شکست های متعدد متوقف نشد. در پایان، او حق مکان خود را در زیر خورشید، یا حداقل در یک دهانه ماه ثابت کرد.
