Provavelmente não há pessoa que não conheça o nome James Joel. As descobertas deste físico são usadas em todo o mundo. Que caminho o cientista tomou? Que descobertas ele fez?
A vida de um físico excepcional
James Joule nasceu em 24 de dezembro de 1818. A biografia do futuro físico começa na cidade inglesa de Salford, na família de um dono de cervejaria de sucesso. A educação do menino ocorreu em casa, por algum tempo ele aprendeu física e química com John D alton. Graças a ele, o físico inglês se apaixonou pela ciência.
Joule não tinha boa saúde, passava muito tempo em casa, realizando experimentos físicos e experimentos. Já aos 15 anos, devido à doença do pai, teve de gerir a cervejaria com o irmão. Trabalhar na fábrica de seu pai não lhe deu a oportunidade de ir para a universidade, então James Joule se dedicou inteiramente ao seu laboratório doméstico.
De 1838 a 1847, o físico estudou ativamente a eletricidade e fez seu primeiro progresso científico. Nos Annals of Electricity, ele publicou um artigo sobre eletricidade e, em 1841, descobriu uma nova lei física, que agora leva seu nome.
Em 1847, Joule entrou em seu primeiro e único casamento com Amelia Grimes. Logo eles têmAlice Amelia e Benjamin Arthur nascem. Em 1854, sua esposa e filho morreram. O próprio Joule morre em 1889 na Inglaterra, na cidade de Sale.
Ao longo de sua vida, ele publicou cerca de 97 artigos em física, alguns deles escritos em conjunto com outros cientistas: Lyon, Thomson, etc. pensão vitalícia do governo do Reino Unido no valor de cerca de 200 libras.
Primeiros trabalhos e experimentos
Enquanto observava os motores a vapor na cervejaria de seu pai, James Joule decidiu substituí-los por motores elétricos para maior eficiência. Em 1838, ele publicou um artigo em uma revista científica em que descreve o dispositivo de um motor eletromagnético que inventou. Em 1840, novos motores elétricos apareceram na cervejaria, e o físico continuou a estudar a corrente elétrica e a liberação de calor. Mais tarde, descobriu-se que os motores a vapor eram muito mais eficientes.
Durante os experimentos, Joule cria termômetros que podem medir a temperatura com uma precisão de 1/200 graus. Isso permite que ele se aprofunde no estudo do efeito térmico da corrente. Em 1840, graças a novas observações, o físico descobre o efeito da saturação magnética. No mesmo ano, enviou à Royal Scientific Society o trabalho "Sobre a formação do calor por meio da corrente elétrica". O artigo não foi avaliado. Apenas o Manchester Literary and Philosophical Journal concordou em publicá-lo.
Lei Joule-Lenz
Não reconhecido pela London Scientific Society, o artigo mais tarde se tornou um dos principaisconquistas do cientista. No artigo, James Joule falou sobre a relação entre a força atual e a quantidade de calor liberada. Ele argumentou que a quantidade de calor que é liberada no condutor é diretamente proporcional à resistência do condutor, o quadrado da força e o tempo de passagem da corrente.
Na época, uma teoria semelhante foi desenvolvida por Emilius Lenz. O fato de que a condutividade de um condutor metálico depende da temperatura foi descoberto por um físico russo em 1832. Para determinar com precisão a temperatura no condutor, o cientista inventou um recipiente especial no qual o álcool foi derramado. O fio através do qual a corrente passou foi abaixado no vaso. Em seguida, foi rastreado quanto tempo o álcool iria aquecer. Joule James Prescott usou um método semelhante, mas usou água como líquido.
Os resultados de muitos anos de pesquisa Lenz publicou apenas em 1843, mas em seus escritos havia justificativas científicas mais precisas do que a de Joule, cujo trabalho a princípio nem queria ser impresso. Dada a primazia de Joule e os cálculos exatos de Emil Lenz, decidiu-se dar à lei o nome de ambos. Com o tempo, a lei de Joule-Lenz lançou as bases para a termodinâmica.
Magnetostrição
Em paralelo com as propriedades da corrente elétrica, James Joule estuda os fenômenos magnéticos. Em 1842, ele percebe que o ferro muda de tamanho sob a influência de ondas magnéticas. Se as hastes de metal forem colocadas em um campo magnético, seu comprimento ficará um pouco maior.
A comunidade científica duvidou da existência de qualquer descoberta aqui. A mudança no tamanho das hastes foitão insignificante que o olho humano não poderia captá-lo. Mas o físico desenvolveu uma técnica especial com a qual obteve evidências visuais.
Mais tarde descobriu-se que outros metais também têm esse efeito, e o fenômeno em si foi chamado de magnetostrição. Agora, muitas aplicações foram encontradas para a descoberta do Joule. Por exemplo, os metais magnetostritivos servem como material de um guia de ondas para medir o nível de água em tanques. Esse fenômeno também é usado para fazer tags em sistemas antifurto.
Experiências com gás
Nos anos 40, James Joule estudou ativamente as propriedades do gás, nomeadamente os fenómenos associados à sua expansão e contração. Ele realizou um experimento com a expansão de um gás rarefeito, provando que sua energia interna não depende do volume. Apenas a temperatura do gás importa.
Em 1848, Joule mediu a velocidade das moléculas de gás pela primeira vez na história da física. Esta experiência foi um dos primeiros trabalhos sobre a teoria cinética dos gases, dando impulso a novas pesquisas nesta área. O trabalho de Joule foi posteriormente continuado pelo escocês James Maxwell.
Para uma contribuição científica significativa em homenagem ao físico inglês, a unidade para medir o trabalho, a quantidade de calor e energia, o Joule, foi nomeada.
Joule e Thomson
William Thomson teve um enorme impacto nas atividades de Joule e seu reconhecimento no mundo científico. Os cientistas se conheceram em 1847, quando Joule apresentou um relatório sobre as medições do equivalente mecânico do calor à Associação Britânica de Cientistas.
Antes de Thomson Joule não era levado a sério nos círculos científicos. Quem sabe não teríamos conhecido as leis da física que ele descobriu se William Thomas não tivesse explicado sua importância aos “esnobes” da comunidade britânica.
Juntos, os físicos estudaram as propriedades dos gases, descobrindo que o gás é resfriado durante o estrangulamento adiabático. Ou seja, a temperatura do gás (ou líquido) diminui durante a passagem pelo orifício (válvula isolada). O fenômeno é chamado de efeito Joule-Thomson. Agora este fenômeno é usado para obter baixas temperaturas.
Os cientistas também trabalharam na escala termodinâmica, em homenagem ao título de Lord Kelvin, que pertencia a William Thomson.
Confissão de James Joule
Fama e reconhecimento ainda ultrapassaram o físico inglês. Na década de 1950, tornou-se membro da Royal Society of London e foi premiado com a Medalha Real. Em 1866 recebeu a medalha Copley e mais tarde a medalha Albert.
Várias vezes Joule se tornou o presidente da British Scientific Association. Ele recebeu o título de Doutor em Direito pelas Universidades de Dublin, Edimburgo e Oxford.
Há uma estátua em sua homenagem na Prefeitura de Manchester e um memorial na Abadia de Westminster. Há uma cratera de James Joule no outro lado da Lua.
Conclusão
O famoso cientista, cujo nome é dado às leis da física e às unidades de medida, não conseguiu ser reconhecido. Graças ao seuperseverança e trabalho, ele não parou diante de inúmeros fracassos. No final, ele provou o direito ao seu lugar sob o sol, ou pelo menos em uma cratera lunar.
