Probabilmente non c'è persona che non conosca il nome James Joel. Le scoperte di questo fisico sono usate in tutto il mondo. Che strada ha intrapreso lo scienziato? Quali scoperte ha fatto?
La vita di un fisico eccezionale
James Joule nacque il 24 dicembre 1818. La biografia del futuro fisico inizia nella cittadina inglese di Salford, nella famiglia di un fortunato proprietario di una fabbrica di birra. L'educazione del ragazzo è avvenuta in casa, per qualche tempo gli è stata insegnata fisica e chimica da John D alton. Grazie a lui, il fisico inglese si innamorò della scienza.
Joule non godeva di buona salute, trascorreva molto tempo a casa, conducendo esperimenti ed esperimenti fisici. Già all'età di 15 anni, a causa della malattia del padre, dovette gestire il birrificio insieme al fratello. Lavorare nella fabbrica di suo padre non gli ha dato l'opportunità di andare all'università, quindi James Joule si è dedicato interamente al laboratorio di casa.
Dal 1838 al 1847, il fisico studiò attivamente l'elettricità e fece i suoi primi progressi scientifici. Negli Annals of Electricity pubblicò un articolo sull'elettricità e nel 1841 scoprì una nuova legge fisica, che ora porta il suo nome.
Nel 1847, Joule concluse il suo primo e unico matrimonio con Amelia Grimes. Presto lo hannoNascono Alice Amelia e Benjamin Arthur. Nel 1854 sua moglie e suo figlio morirono. Joule stesso muore nel 1889 in Inghilterra, nella città di Sale.
Nel corso della sua vita, ha pubblicato circa 97 articoli di fisica, alcuni dei quali scritti insieme ad altri scienziati: Lyon, Thomson, ecc. Per eccezionali risultati scientifici e scoperto leggi della fisica, ha ricevuto diverse medaglie e ha ricevuto un pensione vitalizia dal governo del Regno Unito per un importo di circa 200 sterline.
Primi lavori ed esperimenti
Mentre osservava i motori a vapore nel birrificio di suo padre, James Joule decise di sostituirli con quelli elettrici per l'efficienza. Nel 1838 pubblicò un articolo su una rivista scientifica in cui descrive il dispositivo di un motore elettromagnetico da lui inventato. Nel 1840 nel birrificio apparvero nuovi motori elettrici e il fisico continuò a studiare la corrente elettrica e il rilascio di calore. Successivamente si è scoperto che i motori a vapore erano molto più efficienti.
Durante gli esperimenti, Joule crea termometri in grado di misurare la temperatura con una precisione di 1/200 gradi. Questo gli permette di approfondire lo studio dell'effetto termico della corrente. Nel 1840, grazie ad ulteriori osservazioni, il fisico scopre l'effetto della saturazione magnetica. Nello stesso anno inviò alla Royal Scientific Society l'opera "Sulla formazione del calore per mezzo della corrente elettrica". L'articolo non è stato valutato. Solo il Manchester Literary and Philosophical Journal ha accettato di pubblicarlo.
Legge Joule-Lenz
Non riconosciuto dalla London Scientific Society, l'articolo si è poi rivelato essere uno dei principalirisultati dello scienziato. Nell'articolo, James Joule ha parlato della relazione tra la forza attuale e la quantità di calore rilasciata. Ha sostenuto che la quantità di calore che viene rilasciata nel conduttore è direttamente proporzionale alla resistenza del conduttore, al quadrato della forza e al tempo di passaggio della corrente.
A quel tempo, una teoria simile fu sviluppata da Emilius Lenz. Il fatto che la conduttività di un conduttore metallico dipenda dalla temperatura fu scoperto da un fisico russo nel 1832. Per determinare con precisione la temperatura nel conduttore, lo scienziato ha inventato un recipiente speciale in cui è stato versato l'alcol. Il filo attraverso il quale è stata fatta passare la corrente è stato calato nella nave. Successivamente, è stato monitorato per quanto tempo l'alcol si sarebbe riscaldato. Joule James Prescott usava un metodo simile, ma usava l'acqua come liquido.
I risultati di molti anni di ricerche Lenz pubblicò solo nel 1843, ma nei suoi scritti c'erano giustificazioni scientifiche più accurate di quella di Joule, il cui lavoro in un primo momento non voleva nemmeno essere stampato. Dato il primato di Joule e gli esatti calcoli di Emil Lenz, si decise di intitolare la legge a entrambi. Nel tempo, la legge di Joule-Lenz ha gettato le basi per la termodinamica.
Restrizione magnetica
In parallelo con le proprietà della corrente elettrica, James Joule studia i fenomeni magnetici. Nel 1842 nota che il ferro cambia di dimensioni sotto l'influenza delle onde magnetiche. Se le barre di metallo vengono poste in un campo magnetico, la loro lunghezza aumenterà leggermente.
La comunità scientifica dubitava dell'esistenza di qualsiasi scoperta qui. Il cambiamento nella dimensione delle aste è statocosì insignificante che l'occhio umano non poteva coglierlo. Ma il fisico sviluppò una tecnica speciale con la quale ottenne prove visive.
In seguito si è scoperto che anche altri metalli hanno questo effetto e il fenomeno stesso è stato chiamato magnetostrizione. Ora, molte applicazioni sono state trovate per la scoperta del Joule. Ad esempio, i metalli magnetostrittivi servono come materiale di una guida d'onda per misurare il livello dell'acqua nei serbatoi. Questo fenomeno viene utilizzato anche per creare tag nei sistemi antifurto.
Esperimenti sui gas
Negli anni '40, James Joule studiò attivamente le proprietà del gas, ovvero i fenomeni associati alla sua espansione e contrazione. Ha condotto un esperimento con l'espansione di un gas rarefatto, dimostrando che la sua energia interna non dipende dal volume. Conta solo la temperatura del gas.
Nel 1848, Joule misurò per la prima volta nella storia della fisica la velocità delle molecole di gas. Questa esperienza è stata uno dei primi lavori sulla teoria cinetica dei gas, dando impulso a ulteriori ricerche in questo settore. Il lavoro di Joule fu poi continuato dallo scozzese James Maxwell.
Per un significativo contributo scientifico in onore del fisico inglese, l'unità di misura del lavoro, della quantità di calore e di energia, il Joule, è stata denominata Joule.
Joule e Thomson
William Thomson ha avuto un enorme impatto sulle attività di Joule e sul suo riconoscimento nel mondo scientifico. Gli scienziati si incontrarono nel 1847 quando Joule presentò un rapporto sulle misurazioni dell'equivalente meccanico del calore alla British Association of Scientists.
Prima che Thomson Joule non fosse preso sul serio nei circoli scientifici. Chissà, forse non avremmo conosciuto le leggi della fisica che ha scoperto se William Thomas non avesse spiegato la loro importanza agli "snob" della comunità britannica.
Insieme, i fisici hanno studiato le proprietà dei gas, scoprendo che il gas viene raffreddato durante la regolazione adiabatica. Cioè, la temperatura del gas (o liquido) diminuisce durante il passaggio attraverso l'orifizio (valvola isolata). Il fenomeno è chiamato effetto Joule-Thomson. Ora questo fenomeno viene utilizzato per ottenere basse temperature.
Gli scienziati hanno lavorato anche sulla scala termodinamica, che prende il nome dal titolo di Lord Kelvin, che apparteneva a William Thomson.
Confessione di James Joule
Fama e riconoscimento hanno ancora superato il fisico inglese. Negli anni '50 divenne membro della Royal Society of London e ricevette la Royal Medal. Nel 1866 ricevette la medaglia Copley e successivamente la medaglia Albert.
Diverse volte Joule è diventato presidente della British Scientific Association. Ha conseguito la laurea in giurisprudenza presso il Dublin College, le università di Edimburgo e Oxford.
C'è una statua in suo onore al municipio di Manchester e un memoriale nell'Abbazia di Westminster. C'è un cratere di James Joule sul lato opposto della Luna.
Conclusione
Il famoso scienziato, il cui nome è dato alle leggi della fisica e alle unità di misura, non ha potuto ottenere il riconoscimento. Grazie al suoperseveranza e lavoro, non si fermò davanti a numerosi fallimenti. Alla fine, ha dimostrato il diritto al suo posto sotto il sole, o almeno su un cratere lunare.
