James Prescott Joule bol jedným z mála ľudí v histórii, ktorí mohli diktovať tomuto svetu svoje zákony, aj keď „iba“ fyzikálne.

James Prescott Joule (narodený 24. decembra 1818 v Salforde, Lancashire [teraz v Manchesteri], Anglicko - zomrel 11. októbra 1889, Sale, Cheshire) bol anglický fyzik, ktorý zistil, že rôzne formy energie - mechanická, elektrická a tepelná - sú v podstate a môžu sa meniť jedna na druhú. Vytvoril tak základ zákona zachovania energie, prvého zákona termodynamiky.

Joule študoval v roku 1835 na univerzite v Manchestri u významného anglického chemika Johna Daltona. V článku On the Production of Heat by Voltaic Electricity (1840) opísal „Joulov zákon“ a uviedol, že teplo, ktoré vzniká vo vodiči pri pôsobení elektrického prúdu, je úmerné súčinu odporu vodiča a štvorca prúdu. V roku 1843 uverejnil svoju hodnotu množstva práce potrebnej na výrobu jednotky tepla, tzv. mechanický ekvivalent tepla. Na určenie tejto hodnoty použil štyri stále presnejšie metódy. Pomocou rôznych materiálov tiež stanovil, že teplo je forma energie bez ohľadu na látku, ktorá sa ohrieva. V roku 1852 Joule a William Thomson (neskôr lord Kelvin) zistili, že keď sa plyn nechá rozpínať bez vykonania vonkajšej práce, teplota plynu klesá. Tento „Jouleov-Thomsonov efekt“ sa v 19. storočí využil na vybudovanie veľkého chladiarenského priemyslu.

Detstvo

James mal v detstve problémy s chrbticou, čo malo veľký vplyv na jeho uzavretejšiu a plachú povahu. Nechodil do normálnej školy, ale učil sa doma. Od štrnástich rokov študoval na Manchesterskej univerzite, ale po dvoch rokoch ju opustil. Začal študovať u veľkého britského chemika a fyzika Johna Daltona. Ten mu vštepil nielen základné matematické, fyzikálne a chemické vedomosti, ale aj vlastnosti dobrého experimentátora - dôkladnosť a presnosť.

Prvý výskum

V roku 1837 ho otec Benjamin Joule zamestnal v rodinnom pivovare. Zriadil si prvé laboratórium a jeho úlohou bolo vylepšiť a zefektívniť nové elektromotory, ktoré mali v pivovare nahradiť zastarané parné stroje. Joule sa teda pustil do výskumu elektromagnetických javov.

Prvýkrát na seba upozornil vo svojich dvadsiatich rokoch vynálezom elektromotora, ktorý využíval otáčavý pohyb vodiča prenášajúceho prúd v magnetickom poli. Svoju prácu publikoval vo vedeckých časopisoch. Jedným z výsledkov jeho výskumov bol objav z roku 1840, že telesá sa dajú zmagnetizovať len do určitého stavu nasýtenia magnetizmom, ktorý nemožno prekročiť.

Istý čas skúmal teplo vznikajúce pri prechode elektrického prúdu vodičom a objavil zákon, ktorý je dnes známy ako Joulov zákon. Svoj objav uverejnil v roku 1840 v zborníku Kráľovskej spoločnosti. Tieto pokusy vykonával pomocou primitívneho kalorimetra a galvanometra vlastnej konštrukcie. Zistil, že „teplo vzbudené elektrickým prúdom je úmerné počtu chemicky rozložených atómov“ [2]. O štyri roky neskôr Heinrich Lenz jeho experimenty potvrdil, preto sa dnes tento zákon nazýva Jouleov-Lenzov zákon.

Výskum tepla

Joule sa od detstva zaujímal o vlaky a parné stroje. To pravdepodobne ovplyvnilo jeho neskorší vzťah k tepelnej energii a termodynamike. Pri svojich pokusoch s ohrievaním vodiča prúdom si ako jeden z prvých uvedomil, že pri mechanickej práci vzniká teplo.

Prinútil lopatkové koleso otáčať sa v nádobe s vodou, ktorá sa zahrievala trecími silami. Vo svojej prvej publikácii o teple z roku 1840 opísal, že elektrický odpor vodiča závisí od jeho teploty a štvorca jeho prierezu. Vo svojich prácach o elektrickej, chemickej a mechanickej energii Joule vysvetlil, že vyrobené teplo je priamo úmerné vyrobenej energii.

V roku 1843 určil mechanický ekvivalent tepla. Svoje výsledky potom v tom istom roku publikoval v knihe On the Thermal Effect of Magnetoelectricity and the Mechanical Value of Heat. V tomto diele uverejnil svoju formuláciu zákona zachovania energie: „Pigmenty prírody sú podľa vôle Stvoriteľa nezničiteľné.“ [2]

Joulov prístroj na meranie mechanického tepelného ekvivalentu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Verejná doména.

Ďalšie objavy

Okrem vedeckej práce viedol Joule spolu s bratom pivovar, ktorý zdedili po otcovi. Keď mu však v roku 1854 zomrela manželka, rozhodol sa pivovar predať a venoval sa vedeckej práci. Experimentálne a teoreticky pracoval na kinetickej teórii látok. Vypočítal rýchlosť neusporiadaného tepelného pohybu molekúl plynu, skúmal závislosť tejto rýchlosti od teploty, teoreticky zdôvodnil Boyleov-Mariottov a Gay-Lussacov zákon, určil merné teplo niektorých plynov a objasnil podstatu tlaku plynu na steny nádoby. Na niektorých problémoch spolupracoval s Williamom Thomsonom, lordom Kelvinom.

V roku 1850 bol Joule zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti a v rokoch 1872 až 1887 bol predsedom Britskej asociácie pre rozvoj vedy. Celý život zostal pivovarníkom a nikdy sa nestal profesorom. Celý svoj výskum financoval sám. Žiaľ, v roku 1875 mu došli peniaze a od toho roku sa začali jeho zdravotné problémy. Zomrel 11. októbra 1889 na istú formu degenerácie mozgu.

Použité zdroje

[1] BOREC, T. Dobrý deň, pán Ampére. 1. vydanie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1980. ISBN 14-031-81.
[2] JÁCHIM, F. Fyzikálne dielo Jamesa Prescotta Joula. Matematika a fyzika v škole, december 1988, roč. 19, č. 4, s. 271-273.
[3] Encyklopedická edícia, listy, fyzika. ISBN 80-860-44-05-X.
[4] D.S.L. Cardwell, James Joule, A Biography, Manchester University Press, 1989.
[5] J.P. Joule, On the Mechanical Equivalent of Heat, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 140 (1850): 61-82.

---

---

---