Džeimss Preskots Džouls (James Prescott Joule, 1818. gada 24. decembris - 1889. gada 11. oktobris) bija angļu fiziķis, dzimis Salfordā, Mančestras tuvumā. Savā laikā viņš deva lielu ieguldījumu elektrības un termodinamikas zinātnē. Viņš bija vislabāk pazīstams ar Džoula likuma atklāšanu, kas aprakstīja elektrisko sildīšanu, sakot, ka siltuma daudzums, ko katru sekundi elektrības strāva rada vadītājā, ir proporcionāls vadītāja pretestībai un strāvas kvadrātam. Šim lielumam izmanto džoulu, kas ir vienāds ar vienu vatsekundi. Vēlāk Džouls sadarbojās ar Viljamu Tomsonu, lai atklātu, ka, gāzei paplašinoties, gāzes temperatūra pazeminās. Šo principu toreiz sauca par Džoula un Tomsona efektu.
Galvenie eksperimenti un mehāniskā siltuma ekvivalents
Džouls veica vairākus rūpīgi kontrolētus eksperimentus, lai pierādītu enerģijas saglabāšanās principu un saikni starp mehānisko darbu un siltumu. Viens no slavenākajiem bija pētījums, kurā viņš lietoja airēšanas ratu (paddle wheel) ierīci: kritošs svars grieza asmeni ūdenī, radot berzi un temperatūras pieaugumu. Mērījumi parādīja, ka noteikts mehāniskais darbs rada tieši proporcionālu siltuma daudzumu.
Šo darbu rezultātā tika noteikts mehāniskā siltuma ekvivalents — aptuvenais sakarības koeficients starp kalorijām un džouliem. Plaši lietotā vērtība ir 1 kalorija ≈ 4,186 džouli, kas nostiprināja ideju, ka siltums un darbs ir viena un tā pati enerģijas forma.
Džoula likums elektriskajai sildīšanai
Džoula likums nosaka, ka vadītājā radītais siltuma jaudas daudzums ir proporcionāls vadītāja pretestībai un strāvas kvadrātam. To var izteikt formulā:
- P = I²R (kur P ir jauda, I — strāva, R — pretestība),
- vai Q = I²Rt siltuma daudzumam, kas radīts laika intervālā t.
Šis likums ir būtisks elektrisko ķēžu, apkures ierīču un elektroenerģijas ierīkošanas praksē, jo tas izskaidro, kā elektriskā enerģija tiek pārvērsta siltumā.
Džoula–Tomsona efekts un termodinamika
Darbojoties kopā ar Viljamu Tomsonu (vēlāk — Lordu Kelvin), Džouls pētīja gāzu izplešanos caur spraugu vai vārstu bez ārējā darba (adiabātiska, bez siltuma apmaiņas). Viņi atklāja, ka daudzas gāzes, izplūstot caur spraugu, atdziest — fenomens, ko sauc par Džoula–Tomsona efektu. Šis rezultāts bija svarīgs gāzu termodinamikas attīstībā un vēlāk noderēja, izstrādājot gāzu šķidrināšanas metodes.
Ieguldījums zinātnē un atzinība
Džouls bija viens no enerģijas saglabāšanas principa attīstītājiem, un viņa precīzie eksperimentālie mērījumi palīdzēja transformēt termodinamiku no kvalitatīvas uz kvantitatīvu zinātni. Viņš publicēja vairākus rakstus par elektrību, magnētismu, siltumu un termodinamiku, un viņa darbi ietekmēja tādus zinātniekus kā R. Mayer, H. Helmholtz un W. Thomson.
Džeims Džouls tika ievēlēts par Goda biedru (Fellow) Royal Society, un viņa vārds ir pieminēts fizikā arī caur mērvienību — džouls, kas SI sistēmā apzīmē enerģiju un darbu.
Personīgā dzīve un mantojums
Džouls lielāko daļu mūža pavadīja pie Mančestras reģiona, turpinot rūpīgi eksperimentus savā laboratorijā. Viņa pieeja — rūpīga mērījumu metode un atkārtojami eksperimenti — kļuva par zinātnes pamatmetodi eksperimentālajā fizikas jomā. Mūsdienās Džoula vārds atgādina par pāreju no kvalitatīvas domāšanas par siltumu uz kvantitatīvu, mierīgi pierādītu enerģijas saglabāšanas izpratni.
Būtiskākie Džoula atklājumi īsumā:
- Elektriskā sildīšana — Džoula likums (P = I²R)
- Mehāniskā darba un siltuma ekvivalents (1 cal ≈ 4,186 J)
- Džoula–Tomsona efekts gāzu izplešanās procesos
- Ieguldījums termodinamikas attīstībā un enerģijas saglabāšanas principa nostiprināšanā
