James Prescott Joule — engelsk fysiker bag Joules lov og enheden joule
Lær om James Prescott Joule — engelsk fysiker bag Joules lov, enheden joule og Joule‑Thomson-effekten. Hans banebrydende arbejde formede moderne termodynamik og elektricitetsforståelse.
James Prescott Joule (24. december 1818 - 11. oktober 1889) var en engelsk fysiker, født i Salford, nær Manchester. I sin tid bidrog han i høj grad til elektricitets- og termodynamikkens verden. Han var bedst kendt for at have opdaget Joules lov, som beskrev elektrisk opvarmning ved at sige, at den varmemængde, der hvert sekund produceres i en leder af en elektrisk strøm, er proportional med lederens modstand og kvadratet på strømmen. Enheden for dette er joule, som svarer til et watt-sekund. Senere arbejdede Joule sammen med William Thomson for at finde ud af, at temperaturen i gas falder, når gasen udvider sig. Dette princip blev dengang kendt som Joule-Thomson-effekten.
Liv og virke
Joule voksede op i en velstående familie, som ejede bryggerivirksomhed i Salford. Han havde ikke traditionel universitetsuddannelse inden for naturvidenskab, men var en omhyggelig eksperimenterende autodidakt. I sit arbejde kombinerede han praktiske eksperimenter med grundige målinger for at undersøge varme, elektricitet og magnetisme. Senere i karrieren fik han anerkendelse i det videnskabelige miljø og samarbejdede blandt andet med William Thomson (senere Lord Kelvin).
Vigtigste videnskabelige bidrag
- Joules lov – Joule formulerede at effekten (varmeudviklingen) i en elektrisk leder er proportional med modstanden og kvadratet på strømmen. I praksis angives varmemængden over tid ofte ved udtrykket P = I²R, og over tid t: Q = I²R t.
- Mekanisk ækvivalent for varme – Joule viste ved en række omhyggelige eksperimenter i midten af 1800-tallet, at varme kan frembringes ved mekanisk arbejde. Hans klassiske forsøg var et svinghjuls-/piskeforsøg, hvor en faldende vægt drejede omrørere i en lukket beholder med vand, og den målte temperaturstigning i vandet kunne relateres til det udførte arbejde. Det dokumenterede, at varme er en form for energi og ikke en substans (kalorisk teori) i sig selv.
- Joule–Thomson-effekten – I samarbejde med William Thomson undersøgte han, hvordan temperaturen i en gas ændrer sig, når den udvider sig uden arbejde udefra og uden varmeudveksling (adiabatisk udvidelse ved konstant entalpi). Effekten har stor betydning for køleteknik og gasbehandling.
Metoder og resultater
Joules eksperimenter var præget af omhyggelig måleteknik og gentagne forsøg. I sit mekaniske-til-varme-forsøg brugte han:
- en kalibreret vægt til at udføre et kendt mekanisk arbejde,
- et omrøringssystem (pisker/paddle wheel) i en isoleret beholder fyldt med vand,
- nøjagtige termometre og beregning af varmetab for at bestemme den reelle temperaturstigning.
Ud fra sådanne målinger udledte han en værdi for den mekaniske ækvivalent af varme. Moderne enheder angiver, at 1 kalorie ≈ 4,186 J, og Joules arbejde var centralt for at fastslå den slags omregningsfaktorer og for at fremme begrebet energikonservering.
Betydning og arv
Joules arbejde var en hjørnesten i udviklingen af termodynamikkens første princip (energibevarelse) og bidrog til at afvise den gamle kaloriske teori. Hans eksperimenter viste klart, at varme og mekanisk arbejde er to manifestationer af samme fysiske størrelse: energi.
Som anerkendelse for hans indsats er SI-enheden for energi opkaldt efter ham: joule (J). Hans samarbejde med William Thomson førte desuden til vigtige fremskridt inden for termodynamik og til forståelsen af hvordan temperatur ændrer sig ved gasudvidelse (Joule–Thomson-effekten), hvilket er centralt i køle- og gaskompressionsteknik.
Eftermæle
James Prescott Joule døde i 1889, men hans eksperimentelle metoder og resultater lever videre i moderne fysik og ingeniørvidenskab. Han huskes som en af de væsentlige eksperimentelle fysikere i 1800-tallet, hvis arbejde bidrog til at bygge bro mellem mekanik, elektricitet og varme.
Tidlige liv
James Prescott Joule blev født som søn af Benjamin Joule (1784-1858), en velhavende brygger, i huset ved siden af Joule-bryggeriet i New Bailey Street i Salford den 24. december 1818. James blev undervist i familiens hjem "Broomhill", Pendlebury, nær Salford, indtil 1834, hvor han sammen med sin ældre bror Benjamin blev sendt til at studere hos John Dalton i Manchester Literary and Philosophical Society. De fik kun to års undervisning i aritmetik og geometri, før Dalton blev tvunget til at trække sig tilbage på grund af et slagtilfælde.
Illustration af Joule fra 1892
Kinetisk teori
Kinetik er videnskaben om bevægelse. Joule var elev af Dalton, og det er ikke overraskende, at han havde lært at tro fuldt og fast på atomteorien, selv om der var mange videnskabsmænd på hans tid, der stadig var skeptiske. Han havde også været en af de få, der var modtagelig over for John Herapaths arbejde med den kinetiske teori om gasser. Han blev desuden stærkt påvirket af Peter Ewarts artikel On the measure of moving force fra 1813.
James Prescott Joule
Spørgsmål og svar
Q: Hvem var James Prescott Joule?
A: James Prescott Joule var en engelsk fysiker, der blev født nær Manchester.
Q: Hvad var James Prescott Joules bidrag til elektricitetens verden?
A: James Prescott Joule er bedst kendt for at have opdaget Joules lov, som beskriver elektrisk opvarmning.
Q: Hvad siger Joules lov?
A: Joules lov siger, at den mængde varme, der hvert sekund produceres i en leder af en elektrisk strøm, er proportional med lederens modstand og med kvadratet på strømmen.
Q: Hvad er enheden for Joules lov?
A: Enheden for Joules lov er joule, som er lig med et watt-sekund.
Q: Hvem arbejdede James Prescott Joule sammen med for at opdage Joule-Thomson-effekten?
A: James Prescott Joule arbejdede sammen med William Thomson om at opdage Joule-Thomson-effekten.
Q: Hvad er Joule-Thomson-effekten?
A: Joule-Thomson-effekten er princippet om, at temperaturen af gas falder, når gas udvider sig.
Q: Hvornår levede James Prescott Joule, og hvornår døde han?
A: James Prescott Joule blev født den 24. december 1818 og døde den 11. oktober 1889.
Søge