ربما لا يوجد شخص لا يعرف اسم جيمس جويل. تُستخدم اكتشافات هذا الفيزيائي في جميع أنحاء العالم. ما المسار الذي سلكه العالم؟ ما الاكتشافات التي قام بها؟
حياة عالم فيزيائي بارز
ولد جيمس جول في 24 ديسمبر 1818. تبدأ سيرة عالم الفيزياء المستقبلي في مدينة سالفورد الإنجليزية ، في عائلة صاحب مصنع جعة ناجح. تم تعليم الصبي في المنزل ، لبعض الوقت كان يدرس الفيزياء والكيمياء على يد جون دالتون. بفضله وقع الفيزيائي الإنجليزي في حب العلم.
لم يكن جول يتمتع بصحة جيدة ، فقد أمضى الكثير من الوقت في المنزل ، وإجراء التجارب البدنية والتجارب. بالفعل في سن 15 ، بسبب مرض والده ، كان عليه إدارة مصنع الجعة مع شقيقه. العمل في مصنع والده لم يمنحه الفرصة للذهاب إلى الجامعة ، لذلك كرس جيمس جول نفسه بالكامل لمختبر منزله.
من 1838 إلى 1847 ، درس الفيزيائي الكهرباء بنشاط وأحرز أول تقدم علمي له. في حوليات الكهرباء نشر مقالًا عن الكهرباء ، وفي عام 1841 اكتشف قانونًا فيزيائيًا جديدًا يحمل اسمه الآن.
في عام 1847 ، دخل جول في زواجه الأول والوحيد من أميليا غرايمز. قريبا لديهمولد أليس أميليا وبنيامين آرثر. في عام 1854 ، توفيت زوجته وابنه. توفي جول نفسه عام 1889 في إنجلترا بمدينة سلا.
طوال حياته ، نشر حوالي 97 بحثًا في الفيزياء ، بعضها مكتوب بالاشتراك مع علماء آخرين: ليون ، طومسون ، إلخ. من أجل الإنجازات العلمية البارزة واكتشاف قوانين الفيزياء ، حصل على العديد من الميداليات وحصل على جائزة معاش مدى الحياة من حكومة المملكة المتحدة بحوالي 200 جنيه
الأعمال والتجارب الأولى
أثناء مراقبة المحركات البخارية في مصنع الجعة الخاص بوالده ، قرر جيمس جول استبدالها بمحركات كهربائية لتحقيق الكفاءة. في عام 1838 ، نشر مقالًا في مجلة علمية يصف فيه جهاز المحرك الكهرومغناطيسي الذي اخترعه. في عام 1840 ، ظهرت محركات كهربائية جديدة في مصنع الجعة ، واستمر الفيزيائي في دراسة التيار الكهربائي وإطلاق الحرارة. فيما بعد تبين أن المحركات البخارية كانت أكثر كفاءة.
أثناء التجارب ، ابتكر جول موازين حرارة يمكنها قياس درجة الحرارة بدقة تبلغ 1/200 درجة. هذا يسمح له بالتعمق في دراسة التأثير الحراري للتيار. في عام 1840 ، وبفضل المزيد من الملاحظات ، اكتشف الفيزيائي تأثير التشبع المغناطيسي. وفي نفس العام أرسل إلى الجمعية العلمية الملكية عمل "حول تكوين الحرارة بواسطة التيار الكهربائي". لم يتم تصنيف المقال. وافقت على نشره فقط مجلة مانشستر الأدبية والفلسفية.
قانون جول لينز
غير معترف بها من قبل جمعية لندن العلمية ، تبين لاحقًا أن المقالة هي واحدة من المقالات الرئيسيةإنجازات العلماء. تحدث جيمس جول في المقال عن العلاقة بين القوة الحالية وكمية الحرارة المنبعثة. جادل بأن كمية الحرارة التي يتم إطلاقها في الموصل تتناسب طرديًا مع مقاومة الموصل ومربع القوة ووقت مرور التيار.
في ذلك الوقت ، تم تطوير نظرية مماثلة بواسطة إميليوس لينز. اكتشف عالم فيزيائي روسي حقيقة أن الموصلية المعدنية تعتمد على درجة الحرارة عام 1832. لتحديد درجة الحرارة بدقة في الموصل ، اخترع العالم وعاءًا خاصًا يُسكب فيه الكحول. تم إنزال السلك الذي يمر من خلاله التيار إلى الوعاء. بعد ذلك ، تم تتبع طول مدة تسخين الكحول. استخدم جول جيمس بريسكوت طريقة مماثلة ، لكنه استخدم الماء كسوائل.
نتائج سنوات عديدة من البحث الذي نشره لينز عام 1843 فقط ، ولكن في كتاباته كانت هناك مبررات علمية أكثر دقة من تلك الخاصة بجول ، الذي لم يرغب في طباعة عمله في البداية. نظرًا لأسبقية جول والحسابات الدقيقة لإميل لينز ، فقد تقرر تسمية القانون بعد كليهما. بمرور الوقت ، وضع قانون جول لينز الأساس للديناميكا الحرارية.
انقباض مغناطيسي
بالتوازي مع خصائص التيار الكهربائي ، يدرس جيمس جول الظواهر المغناطيسية. في عام 1842 ، لاحظ أن الحديد يتغير في الحجم تحت تأثير الموجات المغناطيسية. إذا تم وضع قضبان معدنية في مجال مغناطيسي ، فسيصبح طولها أطول قليلاً.
شكك المجتمع العلمي في وجود أي اكتشاف هنا. كان التغيير في حجم القضبانتافهة للغاية لدرجة أن العين البشرية لم تستطع التقاطها. لكن الفيزيائي طور تقنية خاصة حصل من خلالها على أدلة بصرية
اتضح لاحقًا أن المعادن الأخرى لها هذا التأثير أيضًا ، وكانت الظاهرة نفسها تسمى التضيق المغناطيسي. الآن ، تم العثور على العديد من التطبيقات لاكتشاف الجول. على سبيل المثال ، تعمل المعادن المغناطيسية كمواد لدليل موجي لقياس مستوى الماء في الخزانات. تُستخدم هذه الظاهرة أيضًا في عمل العلامات في أنظمة مكافحة السرقة.
تجارب الغاز
في الأربعينيات ، درس جيمس جول بنشاط خصائص الغاز ، أي الظواهر المرتبطة بتمدده وانكماشه. أجرى تجربة على تمدد الغاز المتخلخ ، مع إثبات أن طاقته الداخلية لا تعتمد على الحجم. فقط درجة حرارة الغاز مهمة.
في عام 1848 ، قاس جول سرعة جزيئات الغاز لأول مرة في تاريخ الفيزياء. كانت هذه التجربة عملًا مبكرًا على النظرية الحركية للغازات ، مما أعطى قوة دفع لمزيد من البحث في هذا المجال. واصل الاسكتلندي جيمس ماكسويل عمل جول في وقت لاحق.
لمساهمة علمية كبيرة تكريما للفيزيائي الإنجليزي ، تم تسمية وحدة قياس العمل وكمية الحرارة والطاقة ، الجول ،
جول و طومسون
كان لـ William Thomson تأثير كبير على أنشطة Joule وتقديره في العالم العلمي. التقى العلماء في عام 1847 عندما قدم جول تقريرًا عن قياسات المكافئ الميكانيكي للحرارة إلى الرابطة البريطانية للعلماء.
قبل أن يتم أخذ Thomson Joule على محمل الجد في الأوساط العلمية. من يدري ، ربما لم نكن لنعرف قوانين الفيزياء التي اكتشفها إذا لم يشرح ويليام توماس أهميتها لـ "المتعجرفين" من المجتمع البريطاني.
درس الفيزيائيون معًا خصائص الغازات ، واكتشفوا أن الغاز يتم تبريده أثناء الاختناق الحراري. بمعنى أن درجة حرارة الغاز (أو السائل) تنخفض أثناء المرور عبر الفتحة (الصمام المعزول). تسمى هذه الظاهرة بتأثير جول-طومسون. الآن تستخدم هذه الظاهرة للحصول على درجات حرارة منخفضة
عمل العلماء أيضًا على المقياس الديناميكي الحراري ، الذي سمي على اسم اللورد كلفن ، والذي ينتمي إلى ويليام طومسون.
اعتراف جيمس جول
لا تزال الشهرة والاعتراف يتفوقان على الفيزيائي الإنجليزي. في الخمسينيات من القرن الماضي ، أصبح عضوًا في الجمعية الملكية في لندن وحصل على الميدالية الملكية. في عام 1866 حصل على ميدالية كوبلي ثم ميدالية ألبرت.
عدة مرات أصبح جول رئيسًا للجمعية العلمية البريطانية. حصل على درجة الدكتوراه في القانون من جامعات دبلن وإدنبرة وأكسفورد.
يوجد تمثال على شرفه في City Hall في مانشستر ونصب تذكاري في Westminster Abbey. هناك حفرة جيمس جول على الجانب البعيد من القمر.
الخلاصة
العالم الشهير ، الذي أطلق اسمه على قوانين الفيزياء ووحدات القياس ، لم يستطع تحقيق الاعتراف. شكرا لهالمثابرة والعمل ، لم يتوقف قبل العديد من الإخفاقات. في النهاية ، أثبت حقه في مكانه تحت الشمس ، أو على الأقل في فوهة القمر.
