Tõenäoliselt pole ühtegi inimest, kes ei teaks nime James Joel. Selle füüsiku avastusi kasutatakse kõikjal maailmas. Millise tee teadlane valis? Milliseid avastusi ta tegi?
Silmapaistva füüsiku elu
James Joule sündis 24. detsembril 1818. aastal. Tulevase füüsiku elulugu algab Inglismaa linnas Salfordis eduka õlletehase omaniku peres. Poisi haridustee toimus kodus, mõnda aega õpetas talle füüsikat ja keemiat John D alton. Tänu temale armus inglise füüsik teadusesse.
Joule'il ei olnud hea tervis, ta veetis palju aega kodus, tehes füüsilisi katseid ja katseid. Juba 15-aastaselt pidi ta isa haiguse tõttu koos vennaga õlletehast juhtima. Töö isa tehases ei andnud talle võimalust ülikooli astuda, mistõttu James Joule pühendus täielikult oma kodulaborile.
Aastatel 1838–1847 uuris füüsik aktiivselt elektrit ja tegi oma esimesed teaduslikud edusammud. Ajakirjas Annals of Electricity avaldas ta artikli elektri kohta ja avastas 1841. aastal uue füüsikaseaduse, mis kannab nüüd tema nime.
Aastal 1847 sõlmis Joule oma esimese ja ainsa abielu Amelia Grimesiga. Varsti on neilAlice Amelia ja Benjamin Arthur on sündinud. 1854. aastal surid tema naine ja poeg. Joule ise suri 1889. aastal Inglismaal Sale'i linnas.
Elu jooksul avaldas ta umbes 97 füüsikaalast artiklit, millest mõned on kirjutatud koos teiste teadlastega: Lyon, Thomson jne. Silmapaistvate teadussaavutuste ja avastatud füüsikaseaduste eest pälvis ta mitmeid medaleid ja pälvis diplomi Ühendkuningriigi valitsuselt eluaegne pension umbes 200 naela.
Esimesed tööd ja katsed
Isa õlletehase aurumasinaid jälgides otsustas James Joule need tõhususe huvides elektriliste vastu välja vahetada. 1838. aastal avaldas ta teadusajakirjas artikli, milles kirjeldab enda leiutatud elektromagnetilise mootori seadet. 1840. aastal ilmusid õlletehase juurde uued elektrimootorid ning füüsik jätkas elektrivoolu ja soojuse vabanemise uurimist. Hiljem selgus, et aurumasinad olid palju tõhusamad.
Joule loob katsete käigus termomeetreid, mis suudavad mõõta temperatuuri 1/200 kraadise täpsusega. See võimaldab tal süveneda voolu termilise efekti uurimisse. 1840. aastal avastab füüsik tänu täiendavatele vaatlustele magnetilise küllastuse mõju. Samal aastal saatis ta Kuninglikule Teadusseltsile teose "Soojuse moodustumise kohta elektrivoolu abil". Artiklit ei hinnatud. Ainult Manchesteri kirjanduse ja filosoofia ajakiri nõustus seda avaldama.
Joule-Lenzi seadus
Londoni Teadusliku Seltsi poolt tunnustamata artikkel osutus hiljem üheks peamiseksteadlaste saavutusi. James Joule rääkis artiklis voolutugevuse ja eralduva soojushulga vahelisest seosest. Ta väitis, et juhis eralduv soojushulk on otseselt võrdeline juhi takistuse, jõu ruudu ja voolu läbimise ajaga.
Tol ajal töötas sarnase teooria välja Emilius Lenz. Selle, et metalljuhi juhtivus sõltub temperatuurist, avastas üks vene füüsik juba 1832. aastal. Juhi temperatuuri täpseks määramiseks leiutas teadlane spetsiaalse anuma, millesse valati alkohol. Traat, mille kaudu vool juhiti, lasti anumasse. Järgmisena jälgiti, kui kaua alkohol kuumeneb. Joule James Prescott kasutas sarnast meetodit, kuid kasutas vedelikuna vett.
Lenzi aastatepikkuse uurimistöö tulemused avaldas alles 1843. aastal, kuid tema kirjutistes leidus täpsemaid teaduslikke põhjendusi kui Joule’i omal, kelle tööd ei tahtnud alguses isegi trükkida. Arvestades Joule’i ülimuslikkust ja Emil Lenzi täpseid arvutusi, otsustati seadus nimetada mõlema järgi. Aja jooksul pani Joule-Lenzi seadus aluse termodünaamikale.
Magnetostriktsioon
Paralleelselt elektrivoolu omadustega uurib James Joule magnetnähtusi. 1842. aastal märkab ta, et raua suurus muutub magnetlainete mõjul. Kui metallvardad asetada magnetvälja, pikeneb nende pikkus veidi.
Teadusringkond kahtles siinsete avastuste olemasolus. Varraste suuruse muutus olinii tühine, et inimsilm ei suutnud seda tabada. Kuid füüsik töötas välja spetsiaalse tehnika, millega ta sai visuaalseid tõendeid.
Hiljem selgus, et ka teistel metallidel on selline toime ja nähtust ennast nimetati magnetostriktsiooniks. Nüüd on Joule'i avastamiseks leitud palju rakendusi. Näiteks magnetostriktiivsed metallid on lainejuhi materjaliks veetaseme mõõtmiseks mahutites. Seda nähtust kasutatakse ka vargusvastaste süsteemide siltide tegemiseks.
Gaasikatsed
40ndatel uuris James Joule aktiivselt gaasi omadusi, nimelt selle paisumise ja kokkutõmbumisega seotud nähtusi. Ta viis läbi eksperimendi haruldase gaasi paisutamiseks, tõestades samas, et selle siseenergia ei sõltu mahust. Ainult gaasi temperatuur on oluline.
Aastal 1848 mõõtis Joule esimest korda füüsika ajaloos gaasimolekulide kiirust. See kogemus oli varajane töö gaaside kineetilise teooria alal, andes tõuke selle valdkonna edasiseks uurimiseks. Joule'i tööd jätkas hiljem šotlane James Maxwell.
Märkimisväärse teadusliku panuse eest inglise füüsiku auks nimetati töö, soojus- ja energiahulga mõõtmise ühikut džauliks.
Joule ja Thomson
William Thomson avaldas tohutut mõju Joule'i tegevusele ja tema tuntusele teadusmaailmas. Teadlased kohtusid 1847. aastal, kui Joule esitas Briti Teadlaste Ühendusele aruande soojuse mehaanilise ekvivalendi mõõtmiste kohta.
Enne Thomson Joule’i ei võetud teadusringkondades tõsiselt. Kes teab, võib-olla poleks me tema avastatud füüsikaseadusi teadnud, kui William Thomas poleks nende tähtsust Briti kogukonna "snoobidele" selgitanud.
Füüsikud uurisid koos gaaside omadusi, avastades, et gaas jahutatakse adiabaatilise drosseliga. See tähendab, et gaasi (või vedeliku) temperatuur langeb läbi ava (isoleeritud ventiil) läbimisel. Nähtust nimetatakse Joule-Thomsoni efektiks. Nüüd kasutatakse seda nähtust madalate temperatuuride saavutamiseks.
Teadlased töötasid ka termodünaamilise skaala kallal, mis sai nime lord Kelvini tiitli järgi, mis kuulus William Thomsonile.
James Joule'i ülestunnistus
Kuulsus ja tunnustus saavutasid endiselt Inglise füüsiku. 1950. aastatel sai temast Londoni Kuningliku Seltsi liige ja talle anti kuninglik medal. 1866. aastal sai ta Copley medali ja hiljem Alberti medali.
Mitu korda sai Joule Briti Teadusühingu presidendiks. Ta sai õigusteaduse doktori kraadi Dublini kolledžist, Edinburghi ja Oxfordi ülikoolidest.
Manchesteri raekojas on tema auks ausammas ja Westminster Abbeys mälestusmärk. Kuu kaugemal küljel on James Joule'i kraater.
Järeldus
Kuulus teadlane, kelle nimi on antud füüsikaseadustele ja mõõtühikutele, ei suutnud tunnustust saavutada. Tänu temalevisadust ja tööd, ei peatunud ta enne arvukaid ebaõnnestumisi. Lõpuks tõestas ta õigust oma kohale päikese all või vähem alt kuukraatril.
