James Prescott Joule

James Prescott Joule (Salford, 1818ko abenduaren 24a – Sale, 1889ko urriaren 11) fisikari eta garagardogile ingeles bat izan zen. Beroaren izaera aztertu eta lan mekanikoarekin zuen lotura aurkitu zuen (ikus Energia). Horrek energiaren kontserbazioaren teoria formulatzera eraman zuen, eta, teoria horretatik garatu zen termodinamikaren lehenengo legea; energiaren kontserbazio printzipioa formulatzera iritsi zen, Julius Robert von Mayer garaikidearekin loturarik gabe. Nazioarteko Unitate Sisteman, energia unitatea joule deitzen da, beraren izena hartuta. William Thomson fisikari eta matematikariarekin lan egin zuen tenperatura eskala absolutua garatzeko —gas ez-perfektu batek hedatzerakoan dituen tenperatura aldaketak aztertu zituen—, magnetostrikzioari buruzko oharkizunak egin zituen, korronte baten erresistentziaren eta bero disipatuaren arteko erlazioa aurkitu zuen, eta bere izena daraman legea formulatu zuen, Joule efektua, korronte elektriko batek eragindako beroari buruzkoa. Esperimentu ugari eginez, beroaren baliokide mekanikoaren zenbakizko balioa lortu zuen. Gasen teoria zinetikoa azaltzen lagundu zuen. «Ziur aski zientziaren aurrerapenari ekarpen nabarmen bat egin zion azken autodidakta» izan zen.

 Haurtzaroa eta gaztaroa 
ezkerrera|thumb|Jouleren irudi bat (1892).
James Prescott Jouleren aita Benjamin Joule (1784-1858) izan zen, garagardo fabrika baten jabea; bera garagardo lantegiaren ondoko etxean jaio zen, Salforden (Manchester Handiko konderria, Erresuma Batua), 1818ko abenduaren 24an.

Benjamin Joule garagardogile aberats bat zenez, James Prescott etxean hezi zuten 1834 arte. Orduan, bera eta Benjamin anaia handia Manchester Literary and Philosophical Society (Lit & Phil) ikastetxera bidali zituzten, John Daltonekin ikastera. Bi urtez egin soilik zituzten aritmetika eta geometria ikasketak, Dalton istripu zerebrobaskular batengatik erretiratu behar izan zen arte. Tarte laburra izanagatik ere, Daltonek eragin handia izan zuen beragan; eta harekin batera, William Henry kimikariak eta Peter Ewart eta Eaton Hodgkinson ingeniariek. Geroago, John Daviesek hartu zuen Joule ikasle gisa. Joule liluratuta zegoen elektrizitatearekin; berak eta anaiak esperimentuak egiten zituzten, elkarri talka elektrikoak emanez, baita familiako morroiei ere.

Joule garagardotegiko kudeatzaile lanetan hasi zen, eta paper aktiboa izan zuen negozioa 1854an saldu zen arte. Zientzia zaletasun huts bat zen berarentzat, baina laster hasi zen ikertzen garagardo lantegiko lurrun makinaren ordez motor elektriko bat ezartzeko aukera, orduan asmatu berria baitzen. Joulek gela bat zuen aitaren etxean, laborategi gisa erabiltzen zuena; han hasi zen lehen esperimentu elektriko eta magnetikoak egiten. 1838. urtean, elektrizitateari buruzko lehen lan akademikoak argitaratu zituen William Sturgeon Davisen bazkideak sortu eta zuzendutako Annals of Electricity aldizkari zientifikoan. Jouleren legea aurkitu zuen 1840an, eta Royal Society txunditzea espero zuen, baina ohartu zen ―eta ez zen azkenengo aldiz izango― hasiberriko arlotetzat zeukatela. Sturgeon Manchesterrera bizitzera joan zenean, 1840an, Joule eta bera bihurtu ziren hiriko intelektualen zirkulu baten erdigune. Biek uste zuten zientzia eta teologia integratu egin behar zirela. Joule irakasle izan zen Sturgeonen Royal Victoria Gallery of Practical Science ikastegian.

Ikusi zuen lurrun makina batean libra bat ikatz erretzeak Groveren zelula batean (lehenengo bateria elektrikoetako batean)William Robert Grovek 1844an formulatu zuen energiaren kontserbazioari buruzko lehen azalpen orokor bat. Ikus Willian Robert Grove (Britannica). eragiten duela bost bider kontsumo lana zink libra batekin alderatuta. Jouleren lan unitate estandarra zen libra bat oin baten garaieran altxatzeko gaitasuna, oin-libra.m masa bat h garaiera batera altxatzeko behar den energia mgh da, non g den grabitate estandarra. Jouleren unitatea dimentsioaren aldetik zuzena da interpretatzen bada com a oin-libra indar gisa. Nazioarteko Unitate Sistemaren unitateak erabiltzen direnean, energia hori joule eponimoaren bitartez adierazten da: oin-libra 1 = 1,356 J.

Franz Aepinus matematikari eta fisikari alemanaren eragina jaso zuen Joulek, eta elektrizitate nahiz magnetismo fenomenoak azaltzen saiatu zen «bibrazio egoeran dagoen bero eter» batez inguratutako atomoen arauz.

Dena dela, Jouleren interesa aldatu egin zen, hasieran interes finantzario hutsa baitzen ―iturri bakar batetik zenbat lan indar atera zitekeen jakitea―; berehala, ordea, energiaren bihurgarritasunaz espekulatzen hasi zen. 1843an bere esperimentuen emaitzak argitaratu zituen, non frogatzen baitzuen 1841ean zenbatutako berotze efektua eroalean beroa sortzearen ondorio zela, eta ez instalazioaren beste zati batera transmititzearen ondorio. Hori teoria kalorikoaren aurkako zuzeneko erronka zen, teoriaz horrek aldezten baitzuen beroa ezin zela ez sortu ez suntsitu. Teoria kalorikoak beroaren zientziako pentsamendua menderatu zuen Antoine Lavoisierrek 1783an formulatu zuenetik. Lavoisierren ospeak eta Sadi Carnoten lurrun makinaren teoria kalorikoaren arrakasta praktikoak, 1824tik aurrera, asko zaildu zioten bidea Joule gazteari, esparru akademikotik eta ingeniaritzatik kanpo lan egiten zuenez. Teoria kalorikoaren aldezleek Peltier-Seebeck efektuaren simetria argudiatu zuten, baieztatzeko beroa eta korrontea bihurgarriak direla, gutxi gorabehera, prozesu itzulgarri baten bidez.

1844ko ekainean, Jouleren aita Pendleburytik Whalley Rangera joan zen, eta han laborategi bat eraiki zuen semearentzat, etxetik gertu. Joulek harreman estua izan zuen Manchester Literary and Philosophical Society ikastegiarekin. 1842ko urtarrilaren 25ean sozietateko kide bihurtu zen, 1844an liburuzain hautatu zuten, 1846an ohorezko idazkari, 1851 presidenteorde eta, azkenik, 1860an presidente, lehen aldiz.

 Beroaren baliokide mekanikoa 
1845eko lan batean, Joulek hala idatzi zuen:thumb|Jouleren bero aparailua (1845).|ezkerrera
Pasarte horretan, Joulek vis viva (energia) esamoldearen hizkera hartu zuen, ziur asko Hodgkinsonek irakurria zuelako Ewarten «On the measure of moving force» Literary and Philosophical Society ikastegian, 1844ko apirilean.

Gerora egindako esperimentu eta neurrien bidez, Joulek kalkulatu zuen beroaren baliokide mekanikoa 838 oin-libra zela, ur libra baten tenperatura Fahrenheit gradu bat igoarazteko. Emaitzak British Association for the Advancement of Science erakundeko kimika sailean egindako mintegi batean jakinarazi zituen, Corken, 1843an egindako topaketa batean, baina isiltasun erabatekoa besterik ez zuen jaso.

Joule ez zuen etsi, eta lana bero bihurtzearen froga mekaniko huts bat bilatzen hasi zen. Zilindro zulatu baten bidez ura bortxatuz, fluidoaren berotze biskoso arina neurtzeko gai izan zen. 770 oin-libra/BTUen baliokide mekanikoa lortu zuen (4,14 J/cal). Baliabide elektrikoz eta mekaniko hutsez lortutako balioak gutxienez magnitude ordena bati zegozkionez, Jouleren aburuz, lana bero bihurtzearen errealitatearen froga sinesgarria zen.

Joulek hirugarren bide bat ere probatu zuen. Gas bat konprimitzean egindako lanarekin sortutako beroa neurtu zuen. 823 oi-libraren baliokide mekanikoa lortu zuen (4,43 J/cal). Alderdi askotatik begiratuta, esperimentu hori izan zen Jouleren kritikarien helburu errazena, baina Joulek aurrea hartu zion eragozpen askori, esperimentu adimendunen bidez. Zernahi gisaz, Royal Societyk bere lana errefusatu egin zuen eta Philosophical Magazine aldizkarian argitaratzera moldatu behar izan zuen. Lan horretan nabaria zen Carnoten eta Émile Clapeyronen arrazoibide kalorikoa baztertzen zuela, nahiz haren motibazio teologikoak ere nabariak ziren:
1845ean, Joulek On the mechanical equivalent of heat lana irakurri zuen Cambridgeko British Association erakundearen bilkuran. Lan horretan, bere esperimenturik ezagunena azaldu zuen: pisu bat erortzen utzi, haril bat ur isolatuko upel batean birarazteko, han neurtzeko tenperatura igoera. Zenbatespen mekaniko berria 819 oin-libra/BTU zen (4,41 J/cal).

1850ean, Joulek neurketa doitu bat argitaratu zuen, 772,692 oin-libra/BTU (4,159 J/cal), XX. mendean egingo ziren kalkuluetatik hurbilago.

 Harrera eta lehentasuna 

Hori hala izanik ere, Hermann von Helmholtz fisikari eta fisiologo alemanak Jouleren lana irakurri zuenetan, ohartu zen bazela Julius Robert von Mayer fisikariak 1842an argitaratutako antzeko lan bat. Ordura arte bi ikerlari horiek baztertuak izan ziren arren, Helmholtzek 1847an energiaren kontserbazioaz egindako behin betiko  baieztapenak sinesgarritasuna ematen zien biei.

1847an baita ere, Joulek British Association elkartean Oxforden egindako erakusketa batean egon ziren, besteak beste, George Gabriel Stokes, Michael Faraday, eta William Thomson goiztiar eta independente bat, gerora Lord Kelvin izango zena, eta Glasgowko Unibertsitatean filosofia naturaleko katedra lortu berri zuena. Stokesek azaldu zuen «Joulezale izatera lerratu» zela eta Faraday txundituta gelditu zen, zalantzak zituen arren; Thomson erdi bana jakin-minez eta eszeptizismo apur batez.

Urte hartan, Thomson eta Joule ezustean topatu ziren Chamonixen. Izan ere, Amelia Grimesekin ezkondu zen Joule abuztuaren 18an, eta bikotea eztei bidaian abiatu zen hara. Ezkontza ospakizunak alde batera utzita, Joulek eta Thomsonek esperimentu bat egitea erabaki zuten egun batzuk geroago, Arpenazeko (Sallanches) ur jauziaren goiko eta beheko aldeen arteko tenperatura aldea neurtzeko, nahiz eta geroago hori ez zen oso praktikoa izan.

Nahiz Thomsonek uste zuen Jouleren emaitzak azalpen teoriko batez jantzi behar zirela, Carnot eta Clapeyronen eskola biziki aldeztu zuen. Tenperatura absolutuari buruzko tratatuan (1848), Thomsonek idatzi zuen: «beroa (edo kalorikoa) efektu mekaniko bihurtzea ezinezkoa da ziurrenik, eta, egia esan, ez da oraingoz aurkitu», baina, aldi berean, oin-ohar batean zalantza sakonak erakusten zituen teoria kalorikoari buruz, Jouleren «aurkikuntza oso nabarmenak» aipatuz. Harrigarria bada ere, Thomsonek ez zion bidali Jouleri lanaren kopia bat, baina Joulek irakurri zuenean, Thomsoni idatzi zion, esanez bere azterketek frogatu zutela beroa lan bihurtzen zela, baina esperimentu gehiago prestatzen ari zela. Thomsonek erantzun zion esanez bera ere esperimentuak prestatzen ari zela eta bi teoriak adiskidetzea espero zuela.Thomsonek esperimentu gehiago egin ez zituen arren, hurrengo bi urteetan Carnoten teoriarekin erabateko etsipena hartu zuen, eta Jouleren teoriaren egiaz jabetu zen. 1852an argitaratutako lanean, Thomsonek ez zuen nahi konpromiso bat baino urrunago iristea, eta adierazi zuen «beroaren ahalmen motorraren teoria guztia bi proposamenetan oinarritzen zirela, batetik Joulerena, eta, bestetik, Carnot eta Clausiusena».

Joulek lana irakurri bezain laster, bere iruzkin eta galderekin idatzi zion Thomsoni. Horrela hasi zen bi zientzialarien arteko lankidetza emankor bat, nahiz eta funtsean epistolarra izan zen; Joulek esperimentuak egiten zituen bitartean, Thomsonek emaitzak aztertu eta esperimentu berriak proposatzen zituen. Lankidetzak 1852tik 1856ra iraun zuen, eta aurkikuntzei esker Joule-Thomson efektua formulatu ahal izan zuten; argitaratutako emaitzek asko lagundu zuten Jouleren lanaren eta teoria zinetikoaren onarpen orokorrean.

 Teoria zinetikoa 
Zinetika da mugimendua aztertzen duen zientzia. Daltonen ikaslea izan zenez Joule, ez da harritzekoa teoria atomikoan sinesmen sendoa garatzea, nahiz eta bere garaiko zientzialari asko eszeptikoak ziren oraindik. Baita ere, zientzialari bakarrenetakoa izan zen John Herapathek gasen teoria zinetikoari buruz egindako lana aintzat hartzen. Era berean, Peter Ewartek 1813an argitaratutako On the measure of moving force lanak ere eragin handia izan zuen beraren ikuspegietan.

Joulek argi hauteman zuen bere aurkikuntzen eta beroaren teoria zinetikoaren arteko harremana. Laborategiko noten arabera, uste zuen beroa mugimendu birakaria zela, ez translazionala.

Joulek bere teorien aurrekariak aurkitu nahi izan zituen Francis Bacon, Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson, Humphry Davy eta besteren lanetan. Hein batean arrazoia bazuen ere, Joulek beroaren baliokide mekanikoaren balioa 1.034 oin-libratan kalkulatu zuen, Thompson lanetatik abiatuta. Geroagoko zenbait adituk hori kritikatu izan dute, argudiatuz Thompsonen esperimentuek ez zutela adierazten neurri kuantitatibo sistematikorik. Bere ohar pertsonaletako batean, Joulek argudiatu zuen Mayerren neurria ez zela Thompsonena baino doituagoa, agian itxaropen apur batez, Mayerrek bere lanari aurrea ez ziola hartu.

 Heriotza eta aitorpena 
ezkerrera|thumb|James Prescott Jouleren hilobia (2009).
Joulek British Association erakundearen presidente izan behar zuen 1872an Bradforden egindako bileran, eta berriro ere 1887an Manchesterren egindakoan, baina bi kasuetan ezin izan zuen joan, osasun arazoengatik. 1872tik aurrera, bere osasuna ahuldu egin zen, eta, handik eta hil arte, 1889ko urriaren 11n, lasai bizi izan zen etxean, non esperimentuak egiten baitzituen osasunak uzten zion neurrian. Brooklands (Trafford, Manchester Handia) hilerrian lurperatu zuten. Hilarriak «772,75» idazkuna du goiburuan, beroaren baliokide mekanikoaren azken neurketa (1878), eta Joanen Ebanjelioaren aipu bat: «Egun-argi den bitartean, bidali nauenaren egintzak bete behar ditut; badator gaua, eta orduan ezin izango du inork lanik egin» (Joan, 9:4).

Bere bizitzan zehar, eta bereziki azken urteetan, Ingalaterratik zein atzerritik jasotako aitorpen ugari jaso zituen. Joule Royal Society-ko kide hautatua izan zen (ingelesez, Fellow), 1850eko ekainaren 6an. 1852an, Royal Society-ko kontseiluak errege domina eman zion Jouleri, bere ikerketa lanagatik; 1860an,Copley Domina jaso zuen, bere esperimentuengatik, Edward Sabinen eskutik, zeinak hau adierazi zuen:
Zenbait unibertsitatek honoris causa doktore titulua eman zioten; lehena, Dublingo Trinity College (1857) izan zen; gero, Oxfordeko Unibertsitatea (1860); eta, azkenik, Edinburgoko Unibertsitatea (1871). 1878an, 200 liberako urteko pentsioa jaso zuen, zientziari emandako zerbitzuengatik, eta 1880an Galesko printze Eduardo VII.ak Royal Society of Arts erakunde akademikoak emandako Albert Medal eman zion. Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland erakundearen ohorezko kide izan zen 1857tik aurrera.

Jouleren bi erretratu daude olio pinturan egindakoak; bata, Manchester Literary and Philosophical Society erakundearen areto batean dago, George Pattenek margotua 1863an; bestea, Royal Society-ren jabetzakoa da, George Reynoldsek egina, 1882an. Reynoldsek berak Jouleren busto bat zizelkatu zuen, 1882an.

Manchesterreko hirian zenbait aitorpen ditu; besteak beste, bere izena zuen liburutegi bat eduki zuen Manchesterreko Unibertsitateak 2002ra arte, zientzia, teknologia eta ingeniaritzako obretan espezializatua. Baita ere, Alfred Gilbertek zizelkatutako estatua bat dago, John Dalton irudikatzen duen beste baten aurrez aurre, herriko etxearen kanpoaldean. Westminsterreko abadiaren koruan monumentu bat dago Jouleren omenez, nahiz eta ez dagoen han lurperatuta, biografia batzuetan irakur daitekeen bezala.thumb|Jouleren bustoa Worthington parkeanWorthingtongo parkean, brontzez estalitako buztinezko Jouleren busto bat dago, zientzialariaren irudia. John Cassidy eskultoreak egin zuen, 1905ean. Proiektua finantzatu zen, hein batean, mundu osoko zientzialariek egindako dohaintzez. Bustoak Joule aurkezten du eskutan liburu zientifiko bat duela, non antzematen baita galvanometro baten marrazkia.

Ilargiaren alde ezkutuan, krater batek Joule izena dauka. Baita ere, bararen izena zeraman Joule frantziar itsaspekoak, Dardaneloetan hondoratu zena 1915ean.

 Garagardogintza 
Benjamin anaiarekin batera, James Prescott Joule arduratu zen aitona Williamek hiru hamarkada lehenago Salforden sortu zuen garagardo lantegiaz. Biografo batzuek diote Joule ez zela gehiegi inplikatu garagardotegiaren kudeaketan; beste batzuek, berriz, alderantziz: Joulek interes eta ardura handia hartu zuela garagardotegiko prozesu tekniko, fisiko eta kimikoak hobetzeko. Hori ongi frogatuta dago Lord Kelvinekin izan zuen posta harremanetan. Garagardoa fabrikatzeko prozesuan gasaren sorkuntza izan omen zen Joule-Thomson efektua aurkitzeko ikerketen abiapuntua. Aita gaixotu eta anaia kanpora joan zelarik, garagardotegiko alderdi tekniko eta komertzialetan buru-belarri sartu behar izan zuen Joulek. 1855ean saldu zuen garagardotegia, aita hil baino urte gutxi batzuk lehenago, bere zientzia esperimentuetan arreta osoa jartzeko.

 Jouleren lanak 











 Erreferentziak 

 Bibliografia 




 Ikus, gainera 

 Joule efektua
 Joule unitatea
 William Thomson

 Kanpo estekak 

 James Prescott Joule (1887) Joint Scientific Papers. London: The Physical Society, Taylor and Francis (Jouleren eskuzko oharkizunekin).

Kategoria:Erresuma Batuko fisikariak
Kategoria:Copley Domina
Kategoria:Lancashire konderriko jendea
Kategoria:Royal Societyko kideak
Kategoria:Royal Domina