Джэймс Прэскат Джоўль

Джэймс Прэскат Джоўль (; 24 снежня 1818, Сэлфард, Ланкашыр, Англія — 11 кастрычніка 1889, Сэйл, Чэшыр, Англія) — англійскі фізік, півавар, які ўнёс значны ўнёсак у станаўленне тэрмадынамікі. Абгрунтаваў на вопытах закон захавання энергіі. Усталяваў закон, што вызначае цеплавое дзеянне электрычнага току. Вылічыў скорасць руху малекул газа і ўсталяваў яе залежнасць ад тэмпературы.

Джоўль вывучаў прыроду цяпла, і выявіў яе сувязь з механічнай працай. Гэта прывяло да тэорыі захавання энергіі, што ў сваю чаргу прывяло да распрацоўкі першага закону тэрмадынамікі. У гонар Джоўля названа адзінка вымярэння энергіі — джоўль. Ён працаваў з лордам Кельвінам над абсалютнай шкалой тэмпературы, рабіў назіранні над магнітастрыкцыяй, адкрыў сувязь паміж токам, што бяжыць праз праваднік з вызначаным супраціўленнем і вылучаемым пры гэтым цяплом, названы законам Джоўля.

 Біяграфія 
Нарадзіўся ў сям’і заможнага ўладальніка броварнага завода ў Солфардзе блізу Манчэстэра, атрымаў хатнюю адукацыю, прытым цягам некалькіх гадоў яго настаўнікам па элементарнай матэматыцы, пачаткам хіміі і фізікі быў Дальтан. З 1833 года (з 15 гадоў) працаваў на броварным заводзе, і, паралельна з навучаннем (да 16 гадоў) і заняткамі навукай да 1854 года браў удзел у кіраванні прадпрыемствам, пакуль яно не было прададзенаПіўная марка завода Джоўляў існуе і ў пачатку XXI стагоддзя, .

Першыя эксперыментальныя даследаванні пачаў ужо ў 1837 годзе, зацікавіўшыся магчымасцю замены паравых машын на бровары на электрычныя. У 1838 годзе па рэкамендацыі аднаго са сваіх настаўнікаў , блізкім сябрам якога быў вынаходнік электрарухавіка Сцёрджэн, апублікаваў першую працу па электрычнасці ў навуковым часопісе Annals of Electricity, арганізаваным за год да гэтага Сцёрджэнам, праца была прысвечана будове электрамагнітнага рухавіка. У 1840 годзе выявіў эфект магнітнага насычэння пры намагнічванні ферамагнетыкаў, і на працягу 1840—1845 гадоў эксперыментальна вывучае электрамагнітныя з’явы.

Адшукваючы лепшыя спосабы вымярэнні электрычных токаў, Джэймс Джоўль у 1841 годзе адкрыў названы яго імем закон, што ўсталёўвае квадратычную залежнасць паміж сілай току і вылучанай гэтым токам у правадыру колькасцю цеплыні (у рускай літаратуры фігуруе як закон Джоўля — Ленца, бо 1842 году незалежна гэты закон быў адкрыты расійскім фізікам Ленцам). Адкрыццё не было ацэнена Лонданскім каралеўскім таварыствам, і працу атрымалася апублікаваць толькі ў перыядычным часопісе .

У 1840 годзе ў Манчэстэр пераязджае Сцёрджэн і ўзначальвае  — камерцыйную выстаўна-адукацыйную ўстанову, куды ў 1841 годзе запрашае Джоўля як першага лектара.

У працах пачатку 1840-х гадоў даследавала пытанне эканамічнай дамэтнасці электрамагнітных рухавікоў, спачатку мяркуючы, што электрамагніты могуць быць крыніцай неабмежаванай колькасці механічнай працы, але неўзабаве пераканаўся, што з практычнага пункту погляду паравыя машыны таго часу былі эфектыўней, апублікаваўшы ў 1841 годзе высновы, што эфектыўнасць «ідэальнага» электрамагнітнага рухавіка на 1 фунт цынку (выкарыстанага ў акумулятарах) складае ўсяго толькі 20 % ад эфектыўнасці паравога на 1 фунт спальванага вугалю, не хаваючы пры гэтым расчаравання.

У 1842 годзе выяўляе і апісвае з’яву магнітастрыкцыі, якая складаецца ў змене памераў і аб’ёму цела пры змене яго стану намагнічанасці. У 1843 годзе фармулюе і публікуе даканцовыя вынікі прац па даследаванні цеплавылучэння ў правадырах, у прыватнасці, эксперыментальна паказвае, што вылучанае цёпла ніякім чынам не заходзіць з асяроддзя, што беззваротна аспрэчвала тэорыю цепларода, прыхільнікі якой усё яшчэ заставаліся ў той час. У тым жа годзе зацікавіўся агульнай праблемай колькасных суадносін паміж рознымі сіламі, што прыводзяць да вылучэння цеплыні, і, прыйдучы да пераканання ў існаванні прадказанай Маерам (1842) вызначанай залежнасці паміж працай і колькасцю цеплыні, шукаюць лікавыя суадносіны паміж гэтымі велічынямі — механічны эквівалент цяпла. На працягу 1843—1850 гадоў праводзіць серыю эксперыментаў, бесперапынна дасканалячы эксперыментальную тэхніку і штораз пацвярджаючы прынцып захавання энергіі колькаснымі вынікамі.

У 1844 годзе сям’я Джоўляў пераехала ў новы дом у , дзе для Джэймса была абсталявана зручная лабараторыя. У 1847 годзе жаніўся з Амеліяй Граймс, неўзабаве ў іх з’явіліся сын і дачка, у 1854 годзе Амелія Джоўль памерла.

У 1847 годзе знаёміцца з Томсанам, які дае высокую ацэнку эксперыментальнай тэхніцы Джоўля, і з якім пасля плённа супрацоўнічае, шмат у чым пад уплывам Джоўля фармуюцца і ўяўленні Томсана на пытанні малекульна-кінетычнай тэорыі. У першых жа супольных працах Томсан і Джоўль ствараюць тэрмадынамічную тэмпературную шкалу.

У 1848 годзе для тлумачэння цеплавых эфектаў пры падвышэнні ціску прапануе мадэль газу як такога, што складаецца з мікраскапічных пруткіх шарыкаў, сутыкненне якіх са сценкамі пасудзіны і стварае ціск, і даючы ацэнку скорасці «пруткіх шарыкаў» вадароду каля 1850 м/c. Па рэкамендацыі Клаўзіуса гэта праца была апублікавана ў «Філасофскіх працах Каралеўскага таварыства», і, хоць у ёй пасля былі выяўлены сур’ёзныя заганы, яна зрабіла значны ўплыў на станаўленне тэрмадынамікі, у прыватнасці, ідэйна перагукаецца з працамі па Ван-дэр-Ваальса пачатку 1870-х гадоў па мадэляванні рэальнага газу.

Да канца 1840-х гадоў працы Джоўля атрымваюць усеагульнае прызнанне ў навуковай супольнасці, і ў 1850 годзе ён абраны сапраўдным членам Лонданскага каралеўскага таварыства.

У працах 1851 года, дасканалячы свае тэарэтычныя мадэлі ўяўлення цеплыні як руху пруткіх часціц, досыць дакладна тэарэтычна вылічыў цеплаёмістасць некаторых газаў.

У 1852 годзе выяўляе, мерае і апісвае ў серыі супольных з Томсанам прац эфект змены тэмпературы газу пры адыябатычным драселяванні, вядомы як эфект Джоўля — Томсана, які стаў пасля адным з асноўных метадаў атрымання звышнізкіх тэмператур, тым самым спрыяўшы з’яўленню фізікі нізкіх тэмператур як галіны прыродазнаўства.

У 1850-я гады публікуе вялікую серыю артыкулаў пра дасканаленне электрычных вымярэнняў, прапануючы канструкцыі вальтметраў, гальванометраў, амперметраў, забяспечвальныя высокую дакладнасць вымярэнняў; у цэлым цягам усёй навуковай практыкі Джоўль надаваў значная ўвага эксперыментальнай тэхніцы, што дазваляе атрымваць высокадакладныя вынікі.

У 1859 годзе даследуе тэрмадынамічныя ўласцівасці цвёрдых цел, мераючы цеплавы эфект пры дэфармацыях, і адзначае нестандартныя ў параўнанні з іншымі матэрыяламі ўласцівасці каўчуку.

У 1860-я гады цікавіцца прыроднымі з’явамі, прапануючы магчымыя тлумачэнні прыроды атмасферных навальніц, міражоўметэарытаў.

У 1867 годзе Джоўль па прапанаванай Томсанам схеме праводзіць для Брытанскай навуковай асацыяцыі вымярэнні эталона механічнага эквіваленту цеплыні, але атрымвае вынікі, разбежныя са значэннямі, што атрымваюцца з чыста механічных доследаў, аднак удакладненне ўмоў механічных эксперыментаў пацвердзілі дакладнасць вымярэнняў Джоўля і ў 1878 годзе эталон супраціву быў перагледжаны.

На пачатковых этапах дзейнасці Джоўль ставіў эксперыменты і займаўся даследаваннямі вылучна на ўласныя сродкі, аднак пасля продажу бровара ў 1854 годзе матэрыяльнае становішча паступова пагоршылася, і давялося карыстацца фінансаваннем розных навуковых арганізацый, а ў 1878 годзе прызначана дзяржаўная пенсія. З дзяцінства пакутаваў з-за хваробы хрыбетніка, а з пачатку 1870-х гадоў з-за дрэннага стану здароўя практычна не працаваў. Сканаў у 1889 годзе

 Механічны эквівалент цяпла 
Пачынальна з 1843 года Джоўль шукае пацверджанне прынцыпу захавання энергіі і спрабуе вылічыць механічны эквівалент цяпла. У першых доследах мерае нагрэў вадкасці, у якую пагружаны саленоід з жалезным стрыжнем, які круціцца ў полі электрамагніта, праводзячы вымярэнні ў выпадках стуленай і растуленай абкруткі электрамагніта, потым удасканаліць эксперымент, выключаючы ручное кручэнне і прыводзячы электрамагніт у дзеянне які апускаецца грузам. Па выніках вымярэнняў фармулююць суадносіны:
Колькасць цеплыні, якая ў стане нагрэць 1 фунт вады на 1 градус па Фарэнгейце, роўна і можа быць пераўтворана ў механічную сілу, якая ў стане падняць 838 фунтаў на вертыкальную вышыню ў 1 фут

Вынікі эксперыментаў публікуе ў 1843 годзе ў артыкуле «Пра цеплавы эфект магнітаэлектрычнасці і механічным значэнні цяпла». У 1844 годзе фармулюе першы варыянт закона цеплаёмістасці складаных крышталічных цел, вядомы як закон Джоўля — Копа ( у 1864 годзе даў дакладную фармулёўку і канчатковае эксперыментальнае пацверджанне).

Далей, у вопыце 1844 года мерае цеплавылучэнне пры працісканні вадкасці праз вузкія трубкі, у 1845 годзе — мерае цеплыню пры сціску газу, а ў вопыце 1847 года параўноўвае выдаткі на кручэнне мяшалкі ў вадкасці з утворанай у выніку трэння цеплынёй.

У працах 1847—1850 гадоў дае яшчэ больш дакладны механічны эквівалент цяпла. Ім выкарыстоўваўся металічны каларыметр, усталяваны на драўляным лаве. Усярэдзіне каларыметра знаходзілася вось са змесцаванымі на ёй лопасцямі. На бакавых сценках каларыметра месцаваліся шэрагі пласцінак, што перашкаджалі руху вады, але не якія падзелі лопасці. На вось знадворку каларыметра намотвалася нітка з двума якія звісаюць канцамі, да якім былі прымацаваны грузы. У эксперыментах мералася колькасць цеплыні, што выдаткоўваецца пры кручэнні восі з-за трэння. Гэта колькасць цеплыні параўноўвалася са зменай становішча грузаў і сілай, што робіць на іх.

Эвалюцыя значэнняў механічнага эквіваленту цёплая, атрыманая ў эксперыментах Джоўля (у фута-фунтах ці фута-фунт-сіле на брытанскую тэрмічную адзінку):
 838 (4,51 Дж/кал), 1843;
 770 (4,14 Дж/кал), 1844;
 823 (4,43 Дж/кал), 1845
 819 (4,41 Дж/кал), 1847
 772,692 (4,159 Дж/кал), 1850.
Апошняя ацэнка блізкая да звышдакладных значэнняў вымярэнняў, ажыццёўленым у XX стагоддзі.

 Змаганне за прыярытэт у адкрыцці закона захаванні энергіі 
З другой паловы 1840-х гадоў на старонках  завярнулася вострая дыскусія пра прыярытэт у адкрыцці закона захавання энергіі для тэрмадынамічных сістэм паміж Джоўлем і Маерам, і, хоць публікацыя Маера выйшла некалькі раней, ён, быўшы лекарам па прафесіі, не ўспрымаўся сур’езна, тады як Джоўля ўжо падтрымвалі буйныя фізікі, у прыватнасці, яго даклад 1847 года ў Брытанскай навуковай асацыяцыі атрымаў высокія ацэнкі прысутнічалых на паседжанні Фарадэя, Стокса і Томсана.

Гельмгольц, які апублікаваў прынцып захавання энергіі ў 1847 годзе, у 1851 годзе зважае на працы Маера, а ў 1852 годзе адкрыта прызнае яго прыярытэт.

Наступны віток змагання за прыярытэт адбыўся ў 1860-я гады, калі закон атрымаў усеагульнае прызнанне ў навуковым асяроддзі. Тындаль у 1862 годзе ў публічнай лекцыі паказвае прыярытэт Маера, і на яго пункт погляду прыстае Клаўзіус. Тэт, вядомы прабрытанскімі патрыятычнымі паглядамі, у серыі публікацый настойвае на прыярытэце Джоўля, не прызнаючы за працай Маера 1842 года фізічнага ўтрымання, яму апануе Клаўзіус, а філосаф Дзюрынг, адначасна абніжаючы значэнне прац Джоўля і Гельмгольца, актыўна настойвае на прыярытэце Маера, што шмат у чым паслужыла даканцоваму прызнанню прыярытэту Маера.

 Прызнанне і памяць 
У 1850 годзе абраны членам Лонданскага каралеўскага таварыства. У 1852 годзе за працы па колькасным эквіваленце цяпла ўзнагароджаны першай Каралеўскім медалём. У 1860 годзе абраны ганаровым прэзідэнтам .

Атрымаў навуковыя ступені доктара права дублінскага Трыніці-каледжа (1857),  Оксфардскага ўніверсітэта (1860), дактары права (LL.D.) Эдынбургскага ўніверсітэта (1871)У Вялікабрытаніі ступень доктара права з’яўляецца найвышэйшай доктарскай ступенню, прысвойванай па прадстаўленні сумы перадавых даследаванняў. Таксама нярэдка прысуджаецца за заслугі на грамадскай ніве (часцяком — у палітыку і правасуддзі).

У 1866 годзе Джоўлю прысуджана медаль Коплі, у 1880 годзе — медаль Альберта. У 1878 годзе ўрадам яму была прызначана пажыццёвая пенсія ў 215 фунтаў.

У 1872 і 1877 гадах двойчы абіраўся прэзідэнтам .

На другім Міжнародным кангрэсе электрыкаў, што праходзіў у 1889 годзе — год смерці Джоўля, яго імем названа ўніфікаваная адзінка вымярэння працы, энергіі, колькасці цеплыні, для якой не патрабаваўся каэфіцыент пераходу паміж механічнай працай і цяплом (механічны эквівалент цяпла), якая стала адной з вытворных адзінак СІ з уласным імем.

У Манчэстэрскай ратушы усталяваны помнік Джоўлю працы скульптара , насупраць помніка Дальтану.

У 1970 г. Міжнародны астранамічны саюз прысвоіў імя Джэймса Джоўля кратару на адваротнаму баку Месяца.

 Бібліяграфія 
Апублікаваў 97 навуковых прац, з якіх каля 20 былі напісаны супольна з Томсанам і Лаянам Плэфэрам; большасць супольных прац ставяцца да ўжывання механічнай тэорыі цяпла да тэорыі газаў, малекульнай фізікі і акустыцы. Значная частка прац прысвечана дасканаленню эксперыментальнай і вымернай апаратуры. Складанні сабраны ў двухтамовіку, выдадзеным Фізічным грамадствам у Лондане 1884—1887) і перакладзены ў 1872 годзе Германам Шпрэнгелем на нямецкай мове.

Галоўныя працы:
  — «Пра электрамагнітныя сілы».
  — «Пра вылучэнне цяпла электрычнасцю».
  — «Пра новы клас магнітных сіл».
  — «Пра электрычную прыроду цяпла згарання».
  — «Пра электрычную прыроду хімічнага цяпла».
  — «Пра цяпло, што выдаткоўваецца пры электролізе вады».
  — «Пра цеплавы эфект магнітаэлектрычнасці і пра механічны эквівалент цяпла».
  — «Об изменениях температуры при разрежении и конденсации воздуха».
  — «Пра існаванне эквівалентных суадносін паміж цяплом і звычайнымі формамі механічнай энергіі».
  — «Пра механічны эквівалент цяпла, вызначаным ад трэння, што ўзнікае пры перамешванні вадкасцяў цяпла».
  — «Эксперыменты пра эквівалентнасць цеплавой і механічнай энергіі. Вызначэнне колькаснага эквіваленту цяпла, што выдаткоўваецца пры шараванні ртуці».
  — «Пра матэрыю, жывую сілу і цеплыню».
  — «Пра ўплыў магнетызму на памеры чыгунных і сталёвых цел».
  — «Пра механічны эквівалент цяпла і пра будынак пруткіх вадкасцяў».
  — «О механическом явлении свечения».
  — «Пра цяпло, што вызваляецца пры хімічных рэакцыях».
  — «Пра эканамічны эфект механічных праяў хімічных рэакцый».
  — «Уступныя даследаванні па магнітнай індукцыі, выкліканай электрычнымі токамі».
  — «Пра плаўленне металаў электрычнасцю».
  — «Пра ўтылізацыю сцёкавых вод у Лондане і іншых буйных гарадах».
  — «Пра ўдасканалены гальванометр».
  — «Пра некаторыя тэрмадынамічныя ўласцівасці цвёрдых цел».
  — «Пра тэмпературныя эфекты пры сцісканні вадкасцей».
  — «Пра павярхоўную кандэнсацыю пара».
  — «Пра магчымую прыроду навальніц».
  — «Нататкі пра міраж у Дугласе».
  — «Пра адчувальны барометр».
  — «Нататкі пра метэарыт 6 лютага 1818 года».
  — «Пра прыбор для вызначэння гарызантальнай напружанасці магнітнага поля ў абсалютных велічынях».
  — «Пра новы магнітны інклінометр».
  — «Пра меркаваны ўплыў холаду на падвышэнне далікатнасці чыгуну і сталі».
  — «Пра магнітную буру ў лютым 1872 года».

 Літаратура 


 Спасылкі 




Катэгорыя:Фізікі Вялікабрытаніі
Катэгорыя:Вучоныя, у гонар якіх названы фізічныя адзінкі вымярэння
Катэгорыя:Фізікі XIX стагоддзя
Катэгорыя:Узнагароджаныя медалём Коплі
Катэгорыя:Вікіпедыя:Істотныя артыкулы