Džeimss Preskots Džouls — angļu fiziķis, Džoula likums un termodinamika
Džeimss Preskots Džouls — angļu fiziķis, atklāja Džoula likumu un pamatprincipus termodinamikā. Uzzini par viņa nozīmīgajiem atklājumiem un zinātnes mantojumu.
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
Agrīnā dzīve
Bagātā alus darītāja Bendžamina Džoula (Benjamin Joule, 1784-1858) dēls Džeimss Preskots Džouls (James Prescott Joule) piedzima 1818. gada 24. decembrī namā blakus Džoula alus darītavai Ņū Beiliju ielā, Salfordā. Džeimss mācījās ģimenes mājā Broomhill, Pendlebury, netālu no Salfordas, līdz 1834. gadam, kad viņu kopā ar vecāko brāli Bendžaminu nosūtīja mācīties pie Džona Daltona Mančestras Literārajā un filozofiskajā biedrībā. Viņi ieguva tikai divus gadus ilgu izglītību aritmētikā un ģeometrijā, pirms Daltons bija spiests aiziet pensijā insulta dēļ.
1892. gada Džoula ilustrācija
Kinētiskā teorija
Kinētika ir zinātne par kustību. Džouls bija Daltona skolnieks, un nav nekāds pārsteigums, ka viņš bija iemācījies stingri ticēt atomu teorijai, lai gan daudzi tā laika zinātnieki joprojām bija skeptiski noskaņoti. Viņš bija arī viens no nedaudzajiem cilvēkiem, kas uztvēra Džona Herapata darbu par gāzu kinētisko teoriju. Turklāt viņu ļoti ietekmēja Pītera Evarta 1813. gada darbs "Par kustīgā spēka mērījumu".
Džeimss Preskots Džoulzs (James Prescott Joule)
Jautājumi un atbildes
J: Kas bija Džeimss Preskots Džouls?
A: Džeimss Preskots Džouls bija angļu fiziķis, dzimis Mančestras apkaimē.
J: Kāds bija Džeimsa Preskota Džoula devums elektrības pasaulē?
A: Džeimss Preskots Džouls ir vislabāk pazīstams ar Džoula likuma atklāšanu, kas apraksta elektrisko sasilšanu.
J: Ko saka Džoula likums?
A: Džoula likums saka, ka siltuma daudzums, ko katru sekundi elektriskā strāva saražo vadītājā, ir proporcionāls vadītāja pretestībai un strāvas kvadrātam.
J: Kāda ir Džoula likuma mērvienība?
A: Džoula likuma mērvienība ir džouls, kas ir vienāds ar vienu vatu sekundē.
J: Ar ko sadarbojās Džeimss Preskots Džouls, lai atklātu Džoula-Tomsona efektu?
A: Džeimss Preskots Džouls sadarbojās ar Viljamu Tomsonu, lai atklātu Džoula un Tomsona efektu.
J: Kas ir Džoula-Tomsona efekts?
A: Džoula-Tomsona efekts ir princips, ka gāzes temperatūra samazinās, gāzei paplašinoties.
Jautājums: Kad dzīvoja un kad nomira Džeimss Preskots Džouls?
A: Džeimss Preskots Džouls dzimis 1818. gada 24. decembrī un nomira 1889. gada 11. oktobrī.
Meklēt