James Joule (nhân kỷ niệm 200 năm ngày sinh của ông)

VÀ LỊCH SỬ KHOA HỌC

James Joule

(nhân kỷ niệm 200 năm ngày sinh của ông)

L. BELOPUKHOV

NHÀ KHOA HỌC TIẾNG ANH TUYỆT VỜI JAMES

Prescott Joule (1818–1889) sinh ra ở Salford, gần Manchester, trong một gia đình sản xuất bia. Do sức khỏe kém, anh chỉ có thể bắt đầu đi học một cách có hệ thống ở tuổi 15, đồng thời phải làm việc tại nhà máy bia của gia đình (sau khi cha qua đời, anh cùng anh trai quản lý nó) cho đến năm 36 tuổi, khi doanh nghiệp của gia đình cuối cùng được bán. Một trong những giáo viên tại nhà của ông là John Dalton (1766–1844), một nhà vật lý thực nghiệm và nhà hóa học lý thuyết xuất sắc, một trong những người sáng tạo ra các khái niệm nguyên tử trong hóa học. Dalton dạy Joule toán học và vật lý. Nghiên cứu này thành công đến nỗi ở tuổi 19, Joule đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho động cơ điện nguyên bản do anh thiết kế và chế tạo trong xưởng của mình.

Một thành viên ban biên tập tạp chí của chúng tôi, Lel Konstantinovich Belopukhov, vừa kỷ niệm sinh nhật lần thứ 90 của mình. Nhân dịp kỷ niệm này, ông chuẩn bị xuất bản một cuốn sách mới có tựa đề “Vật lý và các nhà vật lý học”, trong đó ông phác thảo lịch sử phát triển của ngành khoa học yêu quý của mình thông qua tiểu sử của những người sáng tạo ra nó. Cuốn sách được nhà xuất bản Nhà sách Đại học xuất bản trong bộ “Thư viện của Trường Vật lý và Toán học” và bao gồm 75 tiểu sử của các nhà vật lý xuất sắc. Sự lựa chọn của họ chỉ được quyết định bởi sự đồng cảm và sở thích của tác giả, dựa trên kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm ở bậc đại học. Chúng tôi chọn tiểu sử của James Joule, người năm nay tròn 200 tuổi làm ví dụ. Các biên tập viên của tạp chí của chúng tôi chúc mừng ngày kỷ niệm của Lelya Konstantinovich và chúc ông có những cuốn sách và bài báo mới trên «Kvant», cũng như những thính giả và độc giả tò mò.

James Joule (1818–1889)

Joule quan tâm đến điện và nhiệt. Sau những thí nghiệm cẩn thận và chính xác vào năm 1841, ông đã thiết lập định luật tác dụng nhiệt của dòng điện (sự phụ thuộc của lượng nhiệt tỏa ra trong dây dẫn khi có dòng điện đi qua nó, vào cường độ dòng điện và điện trở của dây dẫn). Một năm sau, vào năm 1842, nhà vật lý người Nga Emilius Lenz (1804–1865), trưởng khoa Vật lý và Toán học của Đại học St. Petersburg (người sau này trở thành hiệu trưởng của trường), không biết gì về các thí nghiệm của Joule, cũng đã thiết lập bằng thực nghiệm định luật này, mà ngày nay mang một cái tên kép: định luật Joule–Lenz.

12

KVANT 2018/№7

mana, trò chơi bài - vâng, tất cả đã xảy ra. Nhưng những người bạn thân thiết của cô lại là các nhà toán học kiệt xuất người Pháp Maupertuis, Clairaut và nhà triết học vĩ đại Voltaire. Thành tích của cô trong toán học và vật lý (quang học và âm học) không đáng kể nhưng được xem xét tại các cuộc họp của Hiệp hội Hoàng gia, nơi bản thân cô, với tư cách là phụ nữ, không có quyền tham dự. Sau cái chết yểu điệu của bà, Vua Frederick Đại đế của Phổ nói: “Tôi đã mất đi một người bạn mà tôi đã biết suốt 25 năm, một người đàn ông vĩ đại mà lỗi duy nhất của anh ấy là anh ấy là một phụ nữ, một người đàn ông mà cả Paris đều tôn kính”. Một trong những miệng núi lửa trên Mặt trăng mang tên người phụ nữ xuất sắc này, và buổi ra mắt vở opera “Emily” của nhà soạn nhạc Phần Lan Kaija Saariaho mới đây đã diễn ra. Dần dần thuật ngữ “năng lượng” được sử dụng. Năm 1807, nhà vật lý người Anh Thomas Young bắt đầu sử dụng nó trong các bài báo khoa học. Năm 1829, nhà vật lý người Pháp Gaspard Coriolis lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ “động năng”. Năm 1851, khái niệm “thế năng” xuất hiện (nhà vật lý người Anh William Rankine). Và cuối cùng, trong bài giảng của William Thomson (Lord Kelvin) năm 1881, người ta đã nói: “Bản thân từ năng lượng, mặc dù được Tiến sĩ Thomas Young sử dụng theo nghĩa hiện đại vào đầu thế kỷ này, nhưng bây giờ chỉ mới được sử dụng, sau khi lý thuyết đã phát triển từ một công thức đơn giản thành một nguyên tắc xuyên suốt toàn bộ tự nhiên và hướng dẫn người nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học”. Để vinh danh Joule, tại Đại hội thợ điện quốc tế lần thứ hai năm 1889, một đơn vị năng lượng đã được đặt theo tên ông. Nhưng thật không may, thói quen đo năng lượng nhiệt và hóa học bằng đơn vị năng lượng cũ - calo - vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Các nhà hóa học và kỹ thuật viên hóa học đặc biệt nắm giữ đơn vị này. Một số biện minh cho chúng có thể là thực tế là nhiệt dung riêng của nước chính xác bằng đơn vị (1 cal (g ◊ deg)). Nó không xa công nghệ hóa học đến ngành công nghiệp thực phẩm. Vì vậy, giá trị năng lượng của sản phẩm thực phẩm được xác định cho đến gần đây.

thời gian chỉ tính bằng calo. Bây giờ có một quá trình chuyển đổi - khi dán nhãn sản phẩm thực phẩm, hai giá trị năng lượng được sử dụng: kilocalories và kilojoules. Ngôn ngữ sẽ thay đổi chậm hơn nhiều. Từ “hàm lượng calo” trong tương lai gần trong ngôn ngữ hàng ngày khó có thể được thay thế bằng từ “hàm lượng joule”, mặc dù thực tế là đối với cơ thể con người, đây là cùng một giá trị về năng lượng hữu ích (hoặc có hại). Ngoài việc thiết lập định luật biến đổi và bảo toàn năng lượng, Joule còn làm được nhiều việc trong nhiệt động lực học và nghiên cứu các quá trình khí. Cùng với W. Thomson, ông đã phát hiện ra hiệu ứng làm mát trong quá trình khí giãn nở chậm (chứ không phải nhanh) thông qua một vách ngăn xốp từ mật độ cao đến mật độ thấp. Hiệu ứng này, được gọi là Joule–Thomson, vẫn là nền tảng của quá trình sản xuất khí hóa lỏng và nhiều quy trình công nghệ. Ví dụ, nếu cần ngưng tụ hơi nước có trong khí tự nhiên trước khi đi vào đường ống, để bảo vệ ống thép khỏi quá trình oxy hóa (rỉ sét). Joule là một trong những người sáng lập lý thuyết động học của chất khí, vượt xa công trình của Maxwell và Boltzmann. Là người ủng hộ nhiệt thành cho lý thuyết nguyên tử, ông coi nhiệt là năng lượng của các hạt khí được truyền từ vật này sang vật khác. Ông coi áp suất khí là kết quả tác động của các hạt khí lên thành bình và tốc độ của các hạt phụ thuộc vào nhiệt độ của khí. Ông cũng nghiên cứu tính chất từ ​​của các chất - ông đã phát hiện ra hiện tượng bão hòa trong quá trình từ hóa của sắt và hiện tượng từ giảo trong quá trình đảo ngược từ hóa. Nhờ công trình thí nghiệm chính xác của mình, Joule đã được bầu vào Hiệp hội Hoàng gia ở tuổi 32 và có một vị trí vững chắc trong lịch sử khoa học với tư cách là một trong những người tạo ra định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng, định luật quan trọng nhất này của tự nhiên.