Джоуль джеймс прескотт реферат
Обновлено: 07.07.2024
ДЖОУЛЬ, ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ ((1818–1889), английский физик. Родился в Солфорде близ Манчестера 24 декабря 1818. Получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Дж.Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования.
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка . Нагревание проводников электрическим током
Первые его опыты состояли в измерении количества тепла, выделяющегося в сосуде с водой, в котором под действием опускающегося груза вращался электромагнит, а сам сосуд был помещен в магнитное поле. В этих опытах он впервые определил механический эквивалент теплоты (4,5 Дж/кал в современных единицах), а в последующие годы исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия (1844), сжатии газа (1845) и т.д
Все эти опыты привели Джоуля к открытию закона сохранения энергии. Впоследствии его именем была названа единица измерения всех видов энергии – механической, тепловой, электрической, лучистой и др.
Он помещал в сосуд с водой соленоид с железным сердечником, вращающийся в поле электромагнита. Джоуль измерял количество теплоты, выделявшееся в результате трения в катушке, в случаях замкнутой и разомкнутой обмотки электромагнита. Сравнивая эти величины он пришёл к выводу, что выделяемое количество теплоты пропорционально квадрату силы тока и создаётся механическими силами. Далее Джоуль усовершенствовал установку, заменив вращение катушки рукой на вращение, производимое падающим грузом. Это позволило связать величину выделяемого тепла с изменением энергии груза
В 1847 Джоуль познакомился с У.Томсоном и исследовал вместе с ним поведение газов в различных условиях. Результатом этого сотрудничества стало открытие эффекта охлаждения газа при медленном адиабатическом протекании его через пористую перегородку (эффект Джоуля – Томсона). Этот эффект используется для ожижения газов. Кроме того, Джоуль построил термодинамическую температурную шкалу, рассчитал теплоемкость некоторых газов, вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры.
Среди наград и почестей, которых был удостоен ученый, – золотая медаль Королевского общества (1852), медаль Копли (1866), медаль Альберта (1880). В 1872 и 1877 Джоуль был избран президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний. Умер Джоуль в Сейле 11 октября 1889.
Наверно, не существует человека, который не знает имени Джеймс Джоуль. Открытия этого физика применяются во всем мире. Какой путь прошел ученый? Какие открытия он совершил?
Жизнь выдающегося физика
24 декабря 1818 года родился Джеймс Джоуль. Биография будущего физика начинается в английском городке Солфорде, в семье успешного владельца пивоварни. Обучение мальчика происходило в домашних условиях, некоторое время физику и химию ему преподавал Джон Дальтон. Благодаря ему английский физик и полюбил науку.
Джоуль не обладал крепким здоровьем, много времени он просиживал дома, проводя физические опыты и эксперименты. Уже в 15 лет, из-за болезни отца, ему пришлось управлять пивоварней вместе с братом. Работа на отцовском заводе не давала возможности поступить в университет, поэтому Джеймс Джоуль всецело отдавался домашней лаборатории.
С 1838 по 1847 год физик активно изучает электричество и делает свои первые научные успехи. В журнале Annals of Electricity он публикует статью об электричестве, а в 1841 открывает новый физический закон, который сейчас носит его имя.
В 1847 году Джоуль заключает первый и единственный брак с Амелией Граймс. Вскоре у них рождаются Элис Амелия и Бенджамин Артур. В 1854 году жена и сын погибают. Сам Джоуль умирает в 1889 году в Англии, в городе Сейле.
За всю свою жизнь он публикует около 97 работ по физике, некоторые из них написаны совместно с другими учеными: Лайоном, Томсоном и т. д. За выдающиеся научные достижения и открытые законы физики он награжден несколькими медалями и получал пожизненную пенсию от правительства Великобритании в размере около 200 фунтов.
Первые работы и эксперименты
Наблюдая за паровыми двигателями на пивоварне отца, Джеймс Джоуль решил заменить их электрическими для эффективности работы. В 1838 году он публикует в научном журнале статью, в которой расписывает устройство придуманного им электромагнитного двигателя. В 1840 году на пивоварне появляются новые электрические двигатели, а физик продолжает изучение электрического тока и выделения теплоты. Позже оказалось, что паровые двигатели были гораздо эффективнее.
Закон Джоуля-Ленца
Непризнанная Лондонским научным обществом статья впоследствии оказалась одним из главных достижений ученого. В статье Джеймс Джоуль говорил о зависимости между силой тока и количеством выделенной теплоты. Он утверждал, что количество теплоты, которое выделяется в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы и времени прохождения тока.
В это время подобную теорию разрабатывал Эмилий Ленц. То, что проводимость металлического проводника зависит от температуры, русский физик обнаружил ещё в 1832 году. Для точного определения температуры в проводнике ученый изобрел специальный сосуд, в который заливался спирт. Проволока, через которую пропускался ток, опускалась в сосуд. Далее отслеживалось, за какое время спирт нагреется. Джоуль Джеймс Прескотт использовал похожий метод, только в качестве жидкости использовал воду.
Результаты многолетних исследований Ленц опубликовал только в 1843 году, но в его трудах было больше точных научных обоснований, чем у Джоуля, работу которого вначале даже не захотели печатать. Учитывая первенство Джоуля и точные расчеты Эмилия Ленца, было решено назвать закон в честь обоих. Со временем закон Джоуля-Ленца положил начало термодинамике.
Магнитострикция
Параллельно со свойствами электрического тока Джеймс Джоуль изучает магнитные явления. В 1842 году он замечает, что железо изменяется в размерах под воздействием магнитных волн. Если металлические стержни поместить в магнитное поле, их длина станет чуть больше.
Научное сообщество сомневалось в существовании здесь какого-либо открытия. Изменение размеров стержней было настолько ничтожным, что человеческий глаз не улавливал его. Но физик разработал специальную технику, при помощи которой получил наглядные доказательства.
Позже выяснилось, что таким эффектом обладают и другие металлы, а само явление назвали магнитострикцией. Сейчас для открытия Джоуля нашли много способов применения. Например, материалом волновода для измерения уровня воды в резервуарах служат магнитострикционные металлы. Это явление используют и для изготовления меток в антикражевых системах.
Эксперименты с газом
В 40-х годах Джеймс Джоуль активно изучает свойства газа, а именно явления, связанные с его расширением и сжатием. Он проводил опыт с расширением разряженного газа, доказывая при этом, что его внутренняя энергия не зависит от объема. Важна только температура газа.
В 1848 году Джоуль впервые в истории физики измерил скорость молекул газа. Данный опыт стал ранней работой о кинетической теории газов, дав толчок для дальнейших исследований в этой области. Работу Джоуля позже продолжил шотландец Джеймс Максвелл.
За значительный научный вклад в честь английского физика была названа единица измерения работы, количества теплоты и энергии – Джоуль.
Джоуль и Томсон
Огромное влияние на деятельность Джоуля и его признание в научном мире оказал Уильям Томсон. Ученые познакомились в 1847 году, когда Джоуль представлял Британской ассоциации ученых доклад об измерениях механического эквивалента теплоты.
Вместе физики изучали свойства газов, открыв, что при адиабатическом дросселировании газ охлаждается. То есть температура газа (или жидкости) уменьшается во время прохождения через дроссель (изолированный клапан). Явление получило название эффекта Джоуля-Томсона. Сейчас это явление применяется для получения низких температур.
Ученые также занимались термодинамической шкалой, названной в честь титула лорда Кельвина, который принадлежал Уильяму Томсону.
Признание Джеймса Джоуля
Слава и признание все же настигли английского физика. В 50-х годах XIX века он становится членом Лондонского королевского общества и награждается Королевской медалью. В 1866 году он получает медаль Копли, а затем и медаль Альберта.
Несколько раз Джоуль становился президентом Британской научной ассоциации. Ему были присуждены научные степени доктора права в дублинском колледже, Эдинбургском и Оксфордском университетах.
В его честь установлена статуя в здании муниципалитета в Манчестере и мемориал в Вестминстерском аббатстве. На обратной стороне Луны существует кратер Джеймса Джоуля.
Заключение
Знаменитый ученый, именем которого названы законы физики и единицы измерения, мог бы и не добиться признания. Благодаря своему упорству и труду он не останавливался перед многочисленными отказами. В конце концов он доказал право на свое место под солнцем или хотя бы на лунном кратере.
Краткая биография выдающегося английского физика Джеймса Прескотта Джоуля. Исследование механической работы, электричества и теплоты, проведение экспериментов. Принцип сохранения энергии, появление термодинамики. Эффект Джоуля-Томсона, наследие Джоуля.
Краткое сожержание материала:
Выдающиеся ученые: Джоуль
Содержание
Детство и юность
Джеймс Прескотт Джоуль родился 24 декабря, 1818 года в английском городке Салфорде, расположенном вблизи Манчестера. Он был вторым из пяти детей в семье состоятельного владельца пивоваренного завода. В детстве Джеймс был слабым и стеснительным ребёнком, у которого были проблемы с позвоночником. Эти обстоятельства, ограничивающие его активность, стали причиной того, что он предпочёл науку физической деятельности. Несмотря на то, что позже проблема с позвоночником уже не так беспокоила его, это отразилось на всей его жизни.
До пятнадцати лет Джеймс обучался дома. Затем он стал работать на пивоваренном заводе, принадлежащем его семье. Тем не менее, он и его старший брат продолжали брать частные уроки в Манчестере.
С 1834 по 1837 год, известный английский химик Джон Далтон преподавал им химию, физику, научный метод и математику (как и Джеймс Джоуль, Далтон был христианином, верующим в Библию). Джеймс с благодарностью признавал, что Далтон сыграл основную роль в том, что он стал учёным. "Именно в результате его преподавания у меня появилось желание увеличить запас моих знаний с помощью оригинальных исследований" - говорил Джоуль.
Когда их отец заболел, Джеймс и его брат начали заниматься делами на пивоваренном заводе, поэтому у Джеймса не было возможности посещать университет. Но, несмотря на это, его заветным желанием было продолжать изучать науку, и поэтому он создал у себя дома лабораторию, в которой и начал проводить свои эксперименты каждый день до и после работы. Джеймс рассматривал своё желание изучать науку как естественный результат своей христианской веры. Как он позже писал, "это очевидно, что познание законов природы означает не меньше, чем ознакомление с Божьим разумом, выраженным в этих законах".
Захватывающие эксперименты
В 1839 году Джоуль начал ряд экспериментов, в которых он исследовал механическую работу, электричество и теплоту. В 1840 году он послал свою работу "Об образовании Теплоты с помощью Вольтовского (Гальванического) Электричества" в Королевское Научное Общество в Лондоне - самое престижное общество британских учёных.
В своей работе он показал, что количество производимой теплоты за секунду в проводе с электрическим током равно квадрату тока (I) умноженного на сопротивление (R) провода, это выражено формулой, P=IІR. Зависимость известна как закон Джоуля (количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока). Работа Джоуля не вызвала большого энтузиазма в Королевском Научном Обществе, и было опубликовано лишь краткое изложение полученных им данных.
В 1843 году Джоуль вычислил количество механической работы, которое необходимо для образования эквивалентного количества теплоты. Эта величина была названа "механическим эквивалентом теплоты". Он снова передал данные своих наблюдений на рассмотрение - но на этот раз Британской Ассоциации Развития науки. И опять его работа не вызвала восторженной реакции. Несколько ведущих научных журналов также отказались опубликовать данные исследований Джоуля.
Многие учёные сомневались, стоит ли принимать его работу, но Джоуль терпеливо отстаивал свои позиции. Очень часто требуется время для того, чтобы новые идеи получили своё признание, особенно если автором этих идей является непрофессионал в данной области. Данные, полученные Джоулем, бросали вызов калорической теории, которой придерживалось большинство физиков того времени. Согласно той теории, теплота считалась жидким веществом.
джоуль термодинамика физик
Другим камнем преткновения для принятия результатов исследований Джоуля было то, что учёным было трудно поверить в невероятную точность его измерений. Но в своих экспериментах Джоуль проявлял упорство и изобретательность. Эти свойства его характера очень помогли ему избежать ошибок и получить точные результаты по сравнению с результатами предыдущих экспериментов.
Важное одобрение
Работе Джоуля относительно теплоты, электричества и механической работы не придавали большого значения вплоть до 1847 года. На его работу обратил внимание Вильям Томсон (Томсон, который позже стал известен как лорд Кельвин, был известным учёным, который также был посвященным христианином).
Несмотря на то, что в то время ему было всего лишь 23 года, Томсон уже был Профессором Физики при Университете в Глазго. Томпсон признал, что работа Джоуля вписывалась в объединяющую модель, которая уже тогда начинала появляться в физике, и он с восторгом одобрил работу Джоуля. Фактически, работа Джоуля сделала существенный вклад в процесс объединения отдельных разделов физики.
Другими учёными, которые с энтузиазмом одобрили работу Джоуля, были Майкл Фарадей и Джордж Стоукс. Одобрение нескольких выдающихся учёных открыло дверь для Джоуля, которая раньше была для него закрытой. Королевское Научное Общество готовилось пересмотреть своё отношение к работе Джоуля. В 1849 году, на слушании Королевского Научного Общества Джоуль прочитал свою работу под названием "О механическом Эквиваленте Теплоты" вместе с Фарадеем, который был его поручителем. В следующем году Королевское Научное Общество опубликовало материалы Джоуля, и он был избран членом этого престижного общества. Он стал одним из авторитетнейших ученых своего времени, обладателем многих титулов и наград.
Новая научная дисциплина - Термодинамика
Принцип сохранения энергии, лежащий в основе работы Джоуля, положил начало новой научной дисциплине, известной как термодинамика. Несмотря на то, что Джоуль не был первым учёным, который предложил этот принцип, он был первым, кто продемонстрировал обоснованность этого принципа. И хотя Томсон и ряд других учёных позже внесли огромный вклад в термодинамику, Джоуль по праву считается главным основателем термодинамики. Он показал, что " работа может превращаться в теплоту с четким соотношением работы к теплоте, и что теплоту можно обратно преобразовать в работу".
Принцип сохранения энергии Джоуля лёг в основу первого закона термодинамики. Этот закон говорит о том, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, но её можно изменять из одной формы в другую.
Исаак Азимов назвал этот закон "одним из самых важных обобщений в истории науки". Это значит, что общее количество энергии (включая материю) во Вселенной постоянно. Как С. M. Хьюз отметил в своей книге "Крах Эволюции": "Этот закон решительным образом показывает, что вселенная не сотворила себя! … Существующая структура Вселенной является результатом сохранения, а не нововведения, как этого требует теория эволюции".
Пока эволюционисты не могут объяснить, как образовалось это постоянное количество энергии/материи, Библия даёт нам такое объяснение: только Бог может создавать из ничего. Святое Писание также говорит о том, что Бог поддерживает Своё творение. Все другие изменения, которые произошли в результате человеческих усилий, или сил природы, являются просто перестройкой того, что уже существует.
Джоуль хорошо понимал религиозное значение его открытий. Он писал, что "совершенно абсурдно полагать, что можно уничтожить силы, которыми Бог наделил материю, более чем они могут быть созданы человеческой деятельностью". Закон сохранения энергии полностью соответствовал Библии, тогда как, по мнению Джоуля, некоторые аспекты калорической теории противоречили Библии.
В другом месте Джоуль писал, что "явления природы, независимо от того, механические ли, химические или жизненные, почти полностью заключаются в постоянном превращении … одних в другие. Таким образом, это значит, что во вселенной сохраняется порядок - ничего не нарушается, ничего никогда не теряется, но целый механизм, настолько сложный каков он есть, работает равномерно и гармонично… всё существующее управляется суверенной волей Бога".
Знаменитая работа Джоуля
В своей работе, имевшей огромное значение и опубликованной в 1848 году, Джоуль стал первым учёным, который подсчитал быстроту (скорость) молекул газа. Эта ранняя работа о кинетической теории газов была позже продолжена другими учёными, в особенности выдающимся шотландским физиком Джеймсом Максвеллом (ещё один посвященный христианин).
Джоуль был одним из первых учёных, который обратил внимание на необходимость в условных единицах электричества, и он решительным образом рекомендовал создание таковых. Эта стандартизация была позже сделана под руководством Максвелла Британской Ассоциацией Развития Науки. В 1872 году Джоуль стал Президентом Британской Ассоциации и находился на этой должности до 1887 года. В знак признания огромного вклада Джоуля в изучение связи теплоты и механического движения, единица энергии (или работы) в физике была позже названа "Джоулем".
Эффект Джоуля-Томсона
Выдающиеся мыслители и ученые средневековья
Происхождение и жизнь Махмуда Кашгари — выдающегося тюркского филолога и лексикографа. Поэма "Кутадгу билиг" Юсуфа Баласагуни. Аль Фараби как основопо.
Демографическая история Украины
Формирование демографии в Украине XVIII в. Выдающиеся ученые, которые занимались этой проблемой, роль российско-украинских научных связей. Изучение по.
Выдающиеся мыслители и ученые средневековья
Основные биографические данные и значение в истории науки, а также анализ произведений Махмуда ал-Кашгари. Направления исследований данного ученого. Ю.
Джеймс Прескотт Джоуль — английский физик, который занимался изучением природы тепла и открыл взаимосвязь тепла и механической работы.
Детство и юность
Джеймс Джоуль родился 24 декабря 1818 года в Манчестере, Англия. Он был одним из пяти детей у своих родителей — отца Бенджамина Джоуля, зажиточного пивовара, и матери, Элис Прескотт Джоуль, дочери Джона Прескотта из Уигана.
Джеймс Джоуль был слабым и болезненным, из-за чего не мог посещать школу как все дети его возраста и получил своё начальное образование от своей тёти на дому.
В детстве ему очень нравилось электричество и электрические эффекты; он проводил испытания дома, и в один из таких экспериментов из-за собственной невнимательности он ударил током одного из слуг, который от электрического удара потерял сознание.
С ухудшением здоровья своего отца, Джеймс, которому на тот момент было всего 15 лет, и его старший брат Бенджамин были вынуждены начать работать на пивоварне. В это же время он учился у Джона Дальтона, известного английского химика.
Карьера
В 1838 году, в возрасте девятнадцати лет, Джоуль сконструировал электромагнитный двигатель.
В 1840 году он заменил паровые двигатели, используемые на пивоварне его отца, на новые — электрические, ради научного и экономического эксперимента, так как хотел добиться большей эффективности.
В 1841 году он провёл эксперимент по установлению зависимости между током, сопротивлением и выделяемым ими теплом в проводнике. Этот эксперимент получил название первого закона Джоуля (в русскоязычной терминологии — закон Джоуля-Ленца).
В 1845 году Джоуль показал миру эксперимент с гребным колесом, который помог ему понять идею сохранения энергии. Он говорил, что во время эксперимента механическая энергия превращается в тепло. Позже на базе этого открытия появился закон сохранения энергии.
В 1847 году, на одном из его докладов, он познакомился с Уильямом Томсоном, с которым совместно работал над несколькими исследованиями по тепловым эффектам. Вместе они представили миру эффект Джоуля-Томсона и абсолютную термодинамическую шкалу.
Основные работы
Джоуль изучал природу тепла и установил взаимосвязь тепла и механической работы.
Впоследствии эти изыскания получили название закона сохранения энергии, который затем был использован для формулировки первого закона термодинамики.
На базе этих научных исследований Джоуль сформулировал свой первый закон, в котором говорится о взаимодействии прохождения электрического тока через проводник и определённом количестве выделяемого вследствие этого тепла.
Закон гласит: тепло, которое выделяется вследствие генерации гальванического тока пропорционально квадрату интенсивности этого тока, умноженному на устойчивость к проводимости.
Его совместные работы с Уильямом Томсоном привели к выдающемуся открытию, известному как эффект Джоуля-Томсона. Эффект описывает изменение температуры газа или жидкости, которые проходят через изолированный от внешнего окружения клапан.
Совместно с Томсоном Джоуль также работал над абсолютной термодинамической шкалой, которая известна как шкала температур Кельвина, названная в честь Уильяма Томсона, который носил титул лорда Кельвина.
Награды и достижения
В 1860 году он был выбран президентом Манчестерского литературного и философского сообщества. Он также был президентом Британской ассоциации продвижения науки с 1872 по 1887 годы.
В честь Джеймса Джоуля в северной части Вестминстерского аббатства построен мемориал, а в Манчестерском здании муниципалитета установлена статуя.
Личная жизнь и наследие
В 1847 году Джоуль женился на Амелии Граймс, дочери Джона Граймса, который был руководителем таможни в Ливерпуле. У пары родилось двое детей — Бенджамин Артур и Элис Амелия.
В 1854 году его жена и сын погибли, а он до конца своей жизни прожил вдовцом, работая без устали.
Британское правительство назначило Джоулю пожизненную пенсию размером в 215 фунтов-стерлингов за его работу и достижения.
Его уникальные достижения в отрасли энергии и её аспектах до сих пор являются основой для многих исследователей.
Унифицированная единица подсчёта энергии и тепла системы СИ была названа в его честь.
Джеймс Джоуль умер после продолжительной болезни 11 октября 1889 года в Сейле, Англия.
Читайте также: