Waarschijnlijk is er niemand die de naam James Joel niet kent. De ontdekkingen van deze natuurkundige worden over de hele wereld gebruikt. Welke weg volgde de wetenschapper? Welke ontdekkingen deed hij?
Het leven van een uitstekende natuurkundige
James Joule werd geboren op 24 december 1818. De biografie van de toekomstige natuurkundige begint in de Engelse stad Salford, in de familie van een succesvolle brouwerij-eigenaar. De opvoeding van de jongen vond thuis plaats, hij kreeg enige tijd natuurkunde en scheikunde van John D alton. Dankzij hem werd de Engelse natuurkundige verliefd op de wetenschap.
Joule had geen goede gezondheid, hij bracht veel tijd thuis door met het uitvoeren van fysieke experimenten en experimenten. Al op 15-jarige leeftijd moest hij door de ziekte van zijn vader samen met zijn broer de brouwerij leiden. Werken in de fabriek van zijn vader gaf hem niet de kans om naar de universiteit te gaan, dus James Joule wijdde zich volledig aan zijn thuislaboratorium.
Van 1838 tot 1847 bestudeerde de natuurkundige actief elektriciteit en boekte hij zijn eerste wetenschappelijke vooruitgang. In de Annals of Electricity publiceerde hij een artikel over elektriciteit en in 1841 ontdekte hij een nieuwe natuurkundige wet, die nu zijn naam draagt.
In 1847 ging Joule zijn eerste en enige huwelijk aan met Amelia Grimes. Binnenkort hebben zeAlice Amelia en Benjamin Arthur worden geboren. In 1854 stierven zijn vrouw en zoon. Joule zelf sterft in 1889 in Engeland, in de stad Sale.
Gedurende zijn leven heeft hij ongeveer 97 artikelen over natuurkunde gepubliceerd, waarvan sommige samen met andere wetenschappers zijn geschreven: Lyon, Thomson, enz. Voor uitstekende wetenschappelijke prestaties en ontdekte natuurwetten ontving hij verschillende medailles en ontving hij een levenslang pensioen van de Britse regering voor een bedrag van ongeveer 200 pond.
Eerste werken en experimenten
Tijdens het observeren van de stoommachines in de brouwerij van zijn vader, besloot James Joule ze te vervangen door elektrische voor meer efficiëntie. In 1838 publiceerde hij een artikel in een wetenschappelijk tijdschrift waarin hij het apparaat beschrijft van een elektromagnetische motor die hij had uitgevonden. In 1840 verschenen er nieuwe elektromotoren in de brouwerij en de natuurkundige bleef elektrische stroom en warmteafgifte bestuderen. Later bleek dat stoommachines veel efficiënter waren.
Tijdens de experimenten maakt Joule thermometers die de temperatuur kunnen meten met een nauwkeurigheid van 1/200 graden. Hierdoor kan hij dieper ingaan op de studie van het thermische effect van de stroom. In 1840 ontdekt de natuurkundige, dankzij verdere waarnemingen, het effect van magnetische verzadiging. In hetzelfde jaar stuurde hij het werk "Over de vorming van warmte door middel van elektrische stroom" naar de Royal Scientific Society. Het artikel is niet beoordeeld. Alleen het Manchester Literary and Philosophical Journal stemde ermee in het te publiceren.
Wet van Joule-Lenz
Niet herkend door de London Scientific Society, bleek het artikel later een van de belangrijkste te zijnde prestaties van de wetenschapper. In het artikel sprak James Joule over de relatie tussen stroomsterkte en de hoeveelheid vrijgekomen warmte. Hij betoogde dat de hoeveelheid warmte die vrijkomt in de geleider recht evenredig is met de weerstand van de geleider, het kwadraat van de kracht en de tijd dat de stroom doorgaat.
In die tijd werd een soortgelijke theorie ontwikkeld door Emilius Lenz. Het feit dat de geleidbaarheid van een metalen geleider afhankelijk is van de temperatuur, werd in 1832 ontdekt door een Russische natuurkundige. Om de temperatuur in de geleider nauwkeurig te bepalen, vond de wetenschapper een speciaal vat uit waarin alcohol werd gegoten. De draad waardoor de stroom werd geleid, werd in het vat neergelaten. Vervolgens werd bijgehouden hoe lang de alcohol zou opwarmen. Joule James Prescott gebruikte een vergelijkbare methode, maar gebruikte water als vloeistof.
De resultaten van jarenlang onderzoek dat Lenz pas in 1843 publiceerde, maar zijn geschriften bevatten nauwkeuriger wetenschappelijke rechtvaardigingen dan die van Joule, wiens werk aanvankelijk niet eens gedrukt wilde worden. Gezien het primaat van Joule en de exacte berekeningen van Emil Lenz werd besloten de wet naar beide te vernoemen. In de loop van de tijd heeft de wet van Joule-Lenz de basis gelegd voor de thermodynamica.
Magnetostrictie
Parallel aan de eigenschappen van elektrische stroom bestudeert James Joule magnetische verschijnselen. In 1842 merkt hij dat ijzer onder invloed van magnetische golven in grootte verandert. Als metalen staafjes in een magnetisch veld worden geplaatst, wordt hun lengte iets langer.
De wetenschappelijke gemeenschap twijfelde aan het bestaan van enige ontdekking hier. De verandering in de grootte van de staven waszo onbeduidend dat het menselijk oog het niet kon vangen. Maar de natuurkundige ontwikkelde een speciale techniek waarmee hij visueel bewijs kreeg.
Later bleek dat andere metalen dit effect ook hebben, en het fenomeen zelf werd magnetostrictie genoemd. Nu zijn er veel toepassingen gevonden voor de ontdekking van de Joule. Magnetostrictieve metalen dienen bijvoorbeeld als materiaal voor een golfgeleider voor het meten van het waterniveau in tanks. Dit fenomeen wordt ook gebruikt om tags te maken in antidiefstalsystemen.
Gasexperimenten
In de jaren 40 bestudeerde James Joule actief de eigenschappen van gas, namelijk de verschijnselen die verband houden met zijn uitzetting en samentrekking. Hij voerde een experiment uit met de expansie van een ijl gas, terwijl hij bewees dat zijn interne energie niet afhankelijk is van het volume. Alleen de temperatuur van het gas is van belang.
In 1848 mat Joule voor het eerst in de geschiedenis van de natuurkunde de snelheid van gasmoleculen. Deze ervaring was een vroeg werk aan de kinetische theorie van gassen, wat een impuls gaf aan verder onderzoek op dit gebied. Het werk van Joule werd later voortgezet door de Schot James Maxwell.
Voor een belangrijke wetenschappelijke bijdrage ter ere van de Engelse natuurkundige werd de eenheid voor het meten van arbeid, de hoeveelheid warmte en energie, de Joule, genoemd.
Joule en Thomson
William Thomson had een enorme impact op de activiteiten van Joule en zijn erkenning in de wetenschappelijke wereld. De wetenschappers ontmoetten elkaar in 1847 toen Joule een rapport presenteerde over metingen van het mechanische equivalent van warmte aan de British Association of Scientists.
Vroeger werd Thomson Joule niet serieus genomen in wetenschappelijke kringen. Wie weet, misschien hadden we de natuurwetten die hij ontdekte niet gekend als William Thomas het belang ervan niet had uitgelegd aan de 'snobs' van de Britse gemeenschap.
Samen hebben natuurkundigen de eigenschappen van gassen bestudeerd en ontdekten dat gas wordt gekoeld tijdens adiabatische smoren. Dat wil zeggen, de temperatuur van het gas (of de vloeistof) da alt tijdens de passage door de opening (geïsoleerde klep). Het fenomeen wordt het Joule-Thomson-effect genoemd. Nu wordt dit fenomeen gebruikt om lage temperaturen te verkrijgen.
Wetenschappers werkten ook aan de thermodynamische schaal, genoemd naar de titel van Lord Kelvin, die toebehoorde aan William Thomson.
James Joule bekentenis
Beroemdheid en erkenning haalden nog steeds de Engelse natuurkundige in. In de jaren vijftig werd hij lid van de Royal Society of London en ontving hij de Royal Medal. In 1866 ontving hij de Copley-medaille en later de Albert-medaille.
Verscheidene keren werd Joule de voorzitter van de British Scientific Association. Hij werd doctor in de rechten toegekend aan de universiteiten van Dublin College, Edinburgh en Oxford.
Er staat een standbeeld ter ere van hem in het stadhuis in Manchester en een gedenkteken in Westminster Abbey. Er is een James Joule-krater aan de andere kant van de maan.
Conclusie
De beroemde wetenschapper, wiens naam is gegeven aan de wetten van de natuurkunde en meeteenheden, kon geen erkenning krijgen. Dankzij zijndoorzettingsvermogen en werk, hij stopte niet voor talloze mislukkingen. Uiteindelijk bewees hij het recht op zijn plaats onder de zon, of in ieder geval op een maankrater.
