Düzen, evrenin tamamında açıkça korunmaktadır... Tanrı'nın egemen iradesine tarafından yönetilir.
James Prescott Joule, Salford, Lancashire'da doğmuş İngiliz fizikçi, matematikçi ve bira üreticisiydi. Joule, ısının doğasını incelemiş ve onun mekanik iş ile olan ilişkisini keşfetmiştir (enerji bölümüne bakınız). Bu, enerji korunumu yasasına ve bunun sonucunda termodinamiğin birinci yasasının geliştirilmesine yol açmıştır. SI türetilmiş enerji birimi olan joule, onun adıyla anılmaktadır.
Lord Kelvin ile birlikte çalışarak, mutlak termodinamik sıcaklık ölçeğini geliştirmiş olup, bu ölçek Kelvin ölçeği olarak adlandırılmaya başlanmıştır. Joule ayrıca manyetostriksiyon hakkında gözlemler yapmış ve bir dirençten geçen akım ile yayılan ısı arasındaki ilişkiyi bulmuştur; bu aynı zamanda Joule'nin birinci yasası olarak da adlandırılmaktadır. Enerji dönüşümleri hakkındaki deneyleri ilk olarak 1843'te yayınlanmıştır.
İlk Yıllar
James Joule, 1818'de, varlıklı bir bira üreticisi olan Benjamin Joule 1784–1858'in oğlu olarak ve eşi Alice Prescott'ın oğlu olarak, Salford'daki New Bailey Street'te doğmuştur. Joule, genç bir adam olarak ünlü bilim insanı John Dalton tarafından özel ders almıştır ve kimyager William Henry ile Manchester mühendisleri Peter Ewart ve Eaton Hodgkinson tarafından güçlü bir şekilde etkilenmiştir. Elektrikle ilgilenmiş ve kendisi ile kardeşi, birbirlerine ve ailelerinin hizmetçilerine elektrik şoku vererek deney yapmışlardır.
Bir yetişkin olarak, Joule birahaneyönetmiştir. Bilim, sadece ciddi bir hobiydi. 1840 yılı civarında, birahanenin buhar motorlarını yeni icat edilmiş elektrik motoru ile değiştirmenin fizibilitesini araştırmaya başlamıştır. Konu hakkındaki ilk bilimsel makaleleri, William Sturgeon'ın Annals of Electricity'sine katkı sağlamıştır. Joule, Sturgeon ve diğerleri tarafından kurulan Londra Elektrik Derneği'nin bir üyesiydi.
Kısmen bir işletmecinin seçimin ekonomisini nicelleştirme arzusu tarafından motive edilerek ve kısmen de bilimsel merakı tarafından, hangi asal motor'un daha verimli olduğunu belirlemek için çalışmaya başlamıştır. 1841'de Joule'nin birinci yasasını keşfetmiştir; herhangi bir voltaic akımın uygun etkisi tarafından ortaya çıkan ısı, bu akımın şiddetinin karesine ve iletim direncine çarpılmış sonuca eşittir. Daha sonra, bir buhar motorunda bir pound kömür yakmak, bir elektrik pilinde tüketilen pahalı bir pound çinkten daha ekonomik olduğunu fark etmiştir. Joule, alternatif yöntemlerin çıktısını ortak bir standart olan, bir poundu bir foot yüksekliğine çıkarabilme yeteneğinin temelinde yakalamıştır; foot-pound.
Ancak, Joule'nin ilgisi dar mali sorudan, belirli bir kaynaktan ne kadar iş çıkarılabileceği sorusuna saptırılmış ve bu da onu enerjinin dönüştürülebilirliği hakkında spekülasyon yapmaya yol açmıştır. 1843'te, 1841'de ölçülmüş olan ısıtma etkisinin bir ekipmanda başka bir bölümden aktarılmasından değil iletken içinde ısı üretiminden kaynaklandığını gösteren deneyler yayınlamıştır. Bu, ısının ne yaratılamayacağını ne de yok edilemeyeceğini öne süren kalorrik teorisine doğrudan bir meydan okumadır. Kalorrik teorisi, Antoine Lavoisier tarafından 1783'te tanıtılması izin, ısı biliminde düşüncü üzerinde hükmüne sürülüştür. Lavoisier'nin prestiji ve Sadi Carnot'nın kalorrik ısı motoru teorisinin 1824 yılından beri pratik başarısı, akademisi ya da mühendislik mesleği dışında çalışan genç Joule'ye zor bir yol önüne koymaya sağlamıştır. Kalorrik teorisinin destekçileri, Peltier–Seebeck etkisinin simetrisi, ısı ve akımın en azından yaklaşık olarak ters çevrilebilir bir işlemde dönüştürülebileceği iddia etmek için hazır da vardı.
Isının Mekanik Eşdeğeri
Elektrik motoru ile ilgili daha fazla deney ve ölçümler, Joule'yi, ısının mekanik eşdeğerini, bir gram suyun sıcaklığını bir Kelvin tarafından yükseltmek için, başına 4.1868 joule olarak tahmin etmeye yol açmıştır. Sonuçlarını, Ağustos 1843'te Cork'taki İngiliz Bilim İlerleme Derneği'nin kimya bölümünün bir toplantısında duyurmuş ve sessizlikle karşılaşmıştır.
Joule cesurluk olmadı ve işin ısıya dönüştürülmesinin tamamen mekanik bir gösterisini yapmaya başlamıştır. Suyu delikli bir silindir içinden zorla geçirerek, akışkanın hafif viskoz ısıtmasını ölçebilirdi. 770 foot-pounds kuvvet başına İngiliz termal birim 4,140 J/Cal'in mekanik eşdeğerini elde etmiştir. Hem elektrik hem de tamamen mekanik araçlarla elde edilen değerlerin en az bir büyüklük sırası ile anlaşmaya varması, Joule için, işin ısıya dönüştürülebilirliğinin gerçekliğinin ikna edici kanıttır.
Mekanik kuvvet nerede harcanırsa, ısının tam eşdeğeri her zaman elde edilir.
Joule şimdi üçüncü bir rota denedi. Gazı sıkıştırmada yapılan iş ile karşılaştırarak oluşan ısıyı ölçmüştür. 798 foot-pounds kuvvet başına İngiliz termal birim 4,290 J/Cal'in mekanik eşdeğerini elde etmiştir. Birçok bakımdan, bu deney, Joule eleştirmenleri için en kolay hedef sunmuş olup Joule, akıllı deneycilik tarafından öngörülen itirazları ortadan kaldırmıştır. Joule, 20 Haziran 1844'te Royal Society'ye makalelerini okumuş fakat makalesi Royal Society tarafından yayınlanması için reddedilmiş ve 1845'te Philosophical Magazine'de yayınlanmaktan memnun olmak zorunda kalmıştır. Makalede, Carnot ve Émile Clapeyron'un kalorrik mantığını açıkça reddetmiş, reddetme kısmen teoloji tarafından yönlendirilmiş:
Bu teoriyi... felsefenin tanınmış ilkelerine karşı olduğunu düşünüyorum çünkü vis viva'nın aparatın uygunsuz bir düzenlemesi tarafından yok edilebileceği sonucuna yol açmaktadır: Böylece Bay Clapeyron, 'ateşin sıcaklığı fırından kazana ısının geçiş sırasında 1000 °C ila 2000 °C daha yüksek olması vis viva'da muazzam bir kaybı vardır' sonucunu çıkarmaktadır. Gücün yok etme iktidarı Yalnız Creator'a ait olduğuna inanarak... herhangi bir teori ki uygulandığında, kuvvetin yok olmasını gerektirir, zorunlu olarak hatalı olduğunu desteklemektedir.
Joule burada vis viva enerjisinin dilini benimsemiş olup, muhtemelen Hodgkinson'un Ewart'ın Hareket Kuvvetinin Ölçüsü hakkında Literary and Philosophical Society'ye Nisan 1844'te bir incelemesini okumuş olduğu için.
Joule 1844 makalesinde yazmıştır:
... magneto-elektrik makinasını çevirmede uygulanan mekanik kuvvet, bobinleri aracılığıyla indüksiyon akımlarının geçişinin ortaya çıkması ısıya dönüştürülür; ve diğer taraftan, elektromanyetik motor motoru gücü, çalışmasını sağlayan bataryanın kimyasal reaksiyonları tarafından oluşan ısının harcaması üzerine elde edilir.
Haziran 1845'te, Joule, Cambridge'deki İngiliz Derneği toplantısında, Isının Mekanik Eşdeğeri hakkında makalelerini okumuştur. Bu çalışmada, ağırlığın ısı mekanik iş yapmak için düşün yanında iyi bilinen deneyini, başında bir padl tekerleğini dönmek için bir insüle edilmiş su varili içinde, sıcaklığı artırılır. Şimdi mekanik eşdeğeri 819 foot-pounds kuvvet başına İngiliz termal birim 4,404 J/Cal olarak tahmin etmiştir. Eylül 1845'te yayınlanan Philosophical Magazine'ye, deneyini anlatan bir mektup yazmıştır.
1850'de, Joule, 772.692 foot-pounds kuvvet başına İngiliz termal birim 4,150 J/Cal'in rafine bir ölçümünü yayınlamıştır, yirminci yüzyıl tahminlerine daha yakın.
Kabul ve Öncelik
Joule'nin çalışmasına karşı ilk direncin çoğu, son derece kesin ölçümlerine bağlı kalmıştır. Sıcaklığı 1⁄200 derece Fahrenheit 3 mK içinde ölçebilme iddiası vardır. Bu tür hassasiyet kesinlikle çağdaş deneysel fizikte alışılmamıştır fakat şüphecileri, bir bira üreticiliğinde sanatı deneyimini ve pratik teknolojilerine erişimini göz ardı etmiş olabilir. O da bilimsel araç-gereç-yapımcısı John Benjamin Dancer tarafından başarıyla desteklenmiştir. Joule'nin deneyleri, enerji konseptinin orta mucidi olarak kabul edilen Rudolf Clausius'un teorik çalışmasına tamamlayıcı nitelik kazandırmıştır.
Joule, ısının kinetik teorisini önermiş, onu çevirme, öteleme kinematik enerjisinden değil, form inandığını düşünmüş ve bu, kavramsal bir sıçrama gerektirmiştir: eğer ısı moleküler hareketin bir formuysa, neden moleküllerin hareketi kademeli olarak bitmedi? Joule'nin fikirleri, moleküllerin çarpışmalarının mükemmel elastik olduğuna inanmak zorunda kalmaktadır. Atomların ve moleküllerin çok varlığının, 50 yıl daha yaygın kabul görmediğini hatırlamalıyız.
Bugün kalorrik teorisinin çekiciliğini anlamak zor olabilir, zamanında açık avantajlara sahip gibi görünüyordu. Carnot'nın başarılı ısı motorları teorisi de kalorrik varsayıma dayanmış, ve daha sonra Lord Kelvin tarafından Carnot'nın matematiğinin kalorrik bir sıvı varsaymadan eşit derecede geçerli olduğu kanıtlanmıştır.
Bununla birlikte, Almanya'da Hermann Helmholtz, hem Joule'nin çalışmalarından hem de Julius Robert von Mayer'in 1842 benzer çalışmasından haberdar olmuştur. Her iki man kendi yayınları itibaren ihmal edilmiş olsa da, Helmholtz'ın kesin 1847 enerji korunumu beyanı her ikisini de kredisi vermiştir.
Ayrıca 1847'de, Joule'nin Oxford'daki İngiliz Derneği sunumunun diğeri George Gabriel Stokes, Michael Faraday ve erken ve dışmek William Thomson, daha sonra Lord Kelvin olmuş ve sadece Glasgow Üniversitesi doğal felsefe profesörü olarak atanmış katıldı. Stokes "Joulite olma eğilimi" içinde olmuş ve Faraday "etkisinden çok huzursuzdu" bunun halde şüphe var. Thomson, intrigue ancak skeptik olmuştu.
Beklenmedik, Thomson ve Joule, o yıl daha sonra Chamonix'de karşılaştılar. Joule, 18 Ağustos'ta Amelia Grimes ile evlenmiş ve çift balayına gitmişler. Evlilik coşkusu olsa da, Joule ve Thomson, birkaç gün sonra Cascade de Sallanches şelalesinin üst ve alt kısmı arasındaki sıcaklık farkını ölçmek için bir deney yapma konusunda anlaşmışlardır, ancak bu daha sonra pratik olmadığı ortaya çıkmıştır.
Thomson, Joule'nin sonuçlarının teorik açıklamalar istediğini hissetse de, Carnot-Clapeyron okulunun spiritüel bir savunmasına geri çekilmiştir. 1848 mutlak sıcaklık hesabında, Thomson "ısı veya kalorrik mekanik etkiye dönüştürülmesi muhtemelen imkânsız, kesinlikle keşfedilmiş" yazmıştır – fakat dipnot kalorrik teorisi hakkında ilk şüphesini işaret etti, Joule'nin "çok dikkat çekici keşifleri" ifade eder. Şaşırtıcı bir şekilde, Thomson Joule'ye makalesinin bir kopyasını göndermemiştir fakat Joule sonunda okuyunca, 6 Ekim'de Thomson'a yazmış, çalışmalarının ısının işe dönüştürülmesini gösterdiğini ancak daha fazla deney planlıyordu iddia etmiştir. Thomson 27'nci günde cevap vermiş, kendi deneylerini planlıyor ve iki görüşlerinin uzlaşmasını ummuştur. Thomson hiçbir yeni deney yapmasa da, sonraki iki yıl içinde Carnot'nın teorisinden gittikçe memnun olmayan ve Joule'nin teorisine ikna edilmiş. 1851 makalede, Thomson uzlaşmadan daha fazla gitmek için istekli değildi ve "tüm ısının motif kuvveti teorisi, sırasıyla Joule ve Carnot ile Clausius tarafından nedeniyle iki öneriye kurulmuş" bildirmiştir.
Joule makaleyi okumuş hemen sonra Thomson'a yorumları ve soruları ile yazmıştır. Böylece, iki adam arasında, Joule deneyleri, Thomson sonuçlarını analiz edip daha fazla deneyler önermiş verimli, ancak çoğunlukla mektupla, işbirliği başladı. İşbirliği 1852 ile 1856 arasında sürdü, keşifleri Joule–Thomson etkisi dahil ve yayımlanan sonuçlar Joule'nin çalışması ve kinetik teorisinin genel kabulünü sağlamak için çok şey yaptı.
Kinetik Teorisi
Kinetik hareketin bilimi. Joule, Dalton öğrenci olmuş ve atom teorisinde kesin bir inanç öğrenmiş olması hiç şaşırtıcı değildir, henüz bütün bilim insanlarından biri olmasında da skeptik vardı. O da, gazlar kinetik teorisinde ihmal çalışma John Herapath alıştırması birkaç insan biri olmmuş. O daha da Peter Ewart'ın 1813 kağıdı Hareket Kuvvetinin Ölçüsü tarafından derinlemesine etkilendi.
Joule keşifleri ve gazlar kinetik teorisi arasında ilişki algıladı. Laboratuvar defterleri ısıyı bir rotasyonel, öteleme hareketten değil formunun belli olduğunu ortaya.
Joule, Francis Bacon, Sir Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson Rumford Kont ve Sir Humphry Davy'nin görüşleri öncüllerini bulma direnemeyen. Her ne kadar bu tür görüşler haklı olmasına rağmen, Joule, Rumford yayınlarından 1034 foot-pound ısının mekanik eşdeğeri için bir değer tahmin etmek devam etmiştir. Bazı modern yazarlar Rumford'ın deneyleri hiçbir şekilde sistematik nicel ölçümler temsil ettikleri hakkında bu yaklaşımı eleştirmiştir. Kişisel notlarından birinde, Joule, Mayer'ın ölçümü, Rumford'un hiçbir daha doğru olmuş, belki de Mayer'in kendi çalışması beklemiş değildi umudu iddia eder.
Joule Manchester Literary and Ph'e bir mektupte gün batımı yeşil yanıp sönen fenomen açıklanması ile atfedilmiş.
.jpg)
