Solicitar un libro: la autobiografía de Joule

Joule

Joule (James Prescort Joule, 1818～1889) fue un destacado físico británico. Nacido el 24 de diciembre de 1818 en Salford, cerca de Manchester. Su padre era un rico propietario de una cervecería. Joule participó en trabajos cerveceros con su padre desde que era niño, aprendió tecnología cervecera y nunca fue a la escuela formal. Cuando tenía 16 años, él y su hermano estudiaron con el famoso químico Dalton. Sin embargo, debido a la enfermedad del maestro, el tiempo de estudio no fue largo. Sin embargo, Dalton tuvo una gran influencia en él y le hizo tener una fuerte influencia. Interés por la investigación científica. En 1838, compró una casa y comenzó su propia investigación experimental. A menudo utiliza su tiempo libre después de elaborar vino para diseñar y fabricar instrumentos experimentales y realizar experimentos por sí mismo. Joule ha estado involucrado en investigaciones experimentales durante toda su vida y ha realizado contribuciones destacadas en electromagnetismo, ciencia térmica y teoría cinética molecular de gases. Se convirtió en un físico autodidacta.

Joule se estudió experimentalmente a partir de la medición de los efectos magnéticos y la eficiencia del motor. Había pensado que los electroimanes se convertirían en una fuente inagotable de trabajo mecánico y pronto descubrió que las máquinas de vapor eran mucho más eficientes que los motores eléctricos recién inventados. Fueron estas exploraciones experimentales las que le llevaron a sus estudios cuantitativos sobre la conversión de calor en trabajo.

A partir de 1840, Joule comenzó a estudiar el efecto térmico de la corriente eléctrica, y escribió artículos como "Sobre el calor generado por la electricidad voltaica" y "El calor liberado en conductores metálicos y baterías durante la electrólisis", señalando Destacamos que: El calor generado en un conductor dentro de un cierto período de tiempo es proporcional al producto del cuadrado de la corriente por la resistencia del conductor. Poco después, en 1842, el famoso físico ruso Lenz también descubrió de forma independiente la misma ley, por lo que se la llamó ley de Joule-Lenz. Este descubrimiento sentó las bases para revelar la equivalencia de la energía eléctrica, la energía química y la energía térmica, y abrió la puerta a la ley de conservación de la energía. Joule también prestó atención a explorar la relación cuantitativa entre varias "fuerzas" naturales que generan calor. Hizo muchos experimentos. Por ejemplo, colocó una bobina con un núcleo de hierro en un recipiente cerrado con agua, conectó la bobina a un galvanómetro sensible y dejó que la bobina girara en el campo magnético de un potente electroimán. El electroimán funciona con una batería. Durante el experimento, el electroimán encendió y apagó la corriente alternativamente durante 15 minutos cada uno, y la velocidad de la bobina alcanzó 600 veces por minuto. De esta manera, se pueden comparar las dos situaciones de calentamiento por fricción y calentamiento por corriente. Joule demostró que el calor es proporcional al cuadrado de la corriente. También realizó experimentos con 13 métodos, como girar la mano y dejar caer el peso. concluyó: "La cantidad de calor necesaria para elevar 1 libra de agua en 1°F es igual y puede convertirse en la fuerza mecánica (trabajo) necesaria para levantar 838 libras de peso 1 pie" (460 kilogramos por kcal). Resumiendo estos resultados, escribió un artículo "Sobre el efecto térmico del magnetismo y la electricidad y el valor mecánico del calor", que fue leído en la reunión del Grupo de Matemáticas de la Asociación Británica de Ciencias el 21 de agosto de 1843. Subrayó que en la naturaleza la energía se transforma en cantidades iguales y no se destruye dondequiera que se consuma energía mecánica o electromagnética, siempre se puede obtener una cantidad considerable de calor en algunos lugares. Esta es una excelente prueba y apoyo del poder del calor. Causó sensación y una acalorada controversia.

Para convencer aún más a los científicos que fueron influenciados por la teoría de la masa calórica, dijo: "Tengo la intención de rehacer estos experimentos con equipos más eficientes y precisos, en el futuro cambiará el método". método de medición, por ejemplo, comprimir una cierta cantidad. El trabajo requerido por el aire se compara con el calor generado por la compresión para determinar el trabajo térmico equivalente. El calor liberado por el movimiento del agua a través de un tubo delgado se utiliza para determinar el trabajo térmico; su equivalente; el más famoso es el experimento de la rueda de paletas, que todavía hoy puede considerarse el más preciso. Al reducir el peso para hacer girar las aspas del calorímetro, el calor generado por la fricción entre las aspas y el agua se puede medir con precisión a partir del aumento de temperatura del agua. También utilizó otros líquidos (como aceite de ballena, mercurio) en lugar de agua. El trabajo térmico equivalente obtenido por diferentes métodos y materiales es de 423,9 kg peso·m por kilocaloría o cerca de 423,85 kg peso·m por kilocaloría.

De 1840 a 1879, Joule pasó casi 40 años investigando y midiendo el trabajo térmico equivalente. Realizó más de 400 experimentos utilizando diferentes métodos y concluyó que el equivalente del trabajo térmico es una constante universal y no tiene nada que ver con la forma en que se realiza el trabajo. Los resultados de sus propias pruebas en 1878 y 1849 fueron idénticos. Posteriormente, el valor generalmente aceptado fue de 427 kilogramos por kcal.

Esto demuestra que Joule es digno de ser un verdadero maestro de los experimentos. Su constante experimental proporcionó evidencia indudable de la ley de conservación y conversión de energía.

En 1847, cuando Joule, de 29 años, informó nuevamente sus resultados en la reunión de la Asociación Británica de Ciencias en Oxford, Lord Kelvin, que originalmente quería ponerse de pie y refutar después de escuchar, en realidad quedó completamente convencido por Joule Más tarde, los dos colaboraron muy bien. Realizaron conjuntamente un experimento de tapón poroso (1852) y descubrieron que la temperatura del gas descendía después de expandirse a través del tapón poroso. Este efecto tiene una amplia aplicación. en tecnología criogénica y aplicación de licuefacción de gases. Los resultados experimentales de Joule se resumieron en su importante obra "Sobre el equivalente del trabajo térmico", publicada en 1850. Sus experimentos han sido repetidos por muchas personas desde diferentes ángulos y utilizando diferentes métodos, y las conclusiones a las que han llegado son las mismas. En 1850 Joule fue elegido miembro de la Royal Society. Desde entonces ha seguido mejorando sus experimentos. Engels enumeró "la demostración de la transformación de la energía provocada por el descubrimiento del equivalente mecánico del calor (Meier, Joule y Kolding)" como el primero de los tres principales descubrimientos de las ciencias naturales en la segunda mitad del siglo XIX.