ДЖОУЛЬ, ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ

(1818-1889) английский физик

Одно из центральных мест в истории физики XIX века занимают исследования способов превращения одной формы энергии в другую. Первым, кто смог не только на­блюдать этот процесс, но и точно измерить его, был Дж.Джоуль.

Джоуль родился и провел детство в родовом помес­тье — небольшом поселке Санфорд, близ Манчестера. Его отец владел пивоваренным заводом и рассчитывал, что когда-нибудь сын пойдет по его стопам. Из-за слабого здо­ровья врачи запретили Джеймсу учиться в школе. Но отец не жалел денег на учителей, и мальчик получил прекрас­ное домашнее образование. Уже в пятнадцать лет он по­нял, что будет заниматься только физикой. Свой выбор Джоуль сделал под влиянием известного ученого Джона Дальтона, который жил неподалеку от их дома и по просьбе отца Джеймса стал заниматься с мальчиком ма­тематикой и естественными науками. Впоследствии Джо­уль называл Дальтона своим единственным учителем.,,

Когда Джеймсу исполнилось восемнадцать лет, он упросил отца переехать в город и начал посещать лекции в Манчестерском университете. Но вскоре болезнь вновь дала о себе знать, и Джеймсу пришлось ограничиться ла­бораторными занятиями с Дальтоном. Джоуль так и не получил диплома об окончании университета, и это об­стоятельство неоднократно мешало ему в будущем. Из-за слабого знания математики он не смог дать точное коли­чественное обоснование открытых им законов.

Вначале Джоуль занялся изучением магнитных явле­ний. Исследуя поведение различных материалов, он за­метил, что стержни, сделанные из некоторых металлов, например железа или никеля, становятся длиннее, если их поместить в магнитное поле. Это явление получило название магнитострикции. Сейчас оно широко исполь­зуется в технике, а во времена Джоуля многие ученые вообще сомневались в его существовании. Дело в том, что удлинение стержня было таким маленьким, что его могла уловить лишь очень чувствительная аппаратура. Но Джо­уль разработал простую и наглядную методику измере­ний, позволявшую получить доказательные результаты.

Изучая действие электромагнитов, Джоуль наблюдал и тепловое воздействие тока. Прочитав работы английс­кого физика Фарадея, который описал явление электро­магнитной индукции, Джоуль решил исследовать превра­щение электрической энергии в тепловую. В 1841 году он направил в Лондонское королевское общество статью, в которой описал зависимость температуры проводника от силы проходящего по нему тока. Но статья никому не из­вестного любителя физики показалась настолько новатор­ской, что редактор лондонского журнала отказался ее печатать. Он прислал Джоулю письмо, в котором потребо­вал перепроверить правильность полученных результатов. Но Джеймс не отступил и вскоре напечатал свою статью в трудах Манчестерского литературного и философского общества. Занятия наукой вызвали разрыв с отцом, кото­рый перестал давать деньги на научную работу своего сына.

Вскоре Джоуль получил журнал, в котором прочитал об аналогичных опытах, проведенных русским физиком Э.Ленцем. Впоследствии выведенная ими формула стала называться законом Джоуля-Ленца, а само открытие при­вело к появлению новой науки — термодинамики.

Теперь об исследованиях Джоуля заговорили все анг­лийские физики, и его работа наконец увидела свет в журнале Королевского общества. В жизни ученого также произошли изменения. После смерти отца он наконец по­лучил экономическую независимость, женился на девуш­ке, которую любил многие годы, и оборудовал прекрас­ную лабораторию в своем поместье, где продолжил свои исследования. Джоуль решил доказать, что выделение теп­лоты подчиняется единому общему закону и не зависит от конкретного вида энергии.

Проведя многочисленные эксперименты, ученый при­шел к выводу, что теплота выделяется при любой механи­ческой работе. В своей статье он писал: «Могучие силы природы неразрушимы, и во всех случаях, когда затрачи­вается механическая сила, получается точно эквивалент­ное количество теплоты». В результате Джоуль ввел в науку понятие механического эквивалента теплоты, то есть того количества работы, которую надо проделать, чтобы повысить температуру вещества на один градус. Исследования Джоуля отличались точностью эксперимен­та и наглядностью результатов. После их публикации за ученым закрепилась слава блестящего экспериментатора.

В 1847 году он познакомился с крупнейшим английс­ким физиком У.Томсоном, который высоко оценил труды ученого и пригласил его для работы в свою лабораторию. Последнее было для Джоуля особенно важным, так как он постоянно нуждался в деньгах для покупки научных приборов. Джоуль сразу же принял предложение Томсона и с энтузиазмом взялся за работу. Вместе с ассистен­том Патнемом они подготовили более двадцати работ, в которых практически заложили основы газовой динами­ки. В результате их совместной работы было открыто из­менение температуры газа при его протекании через по­ристую перегородку. Это явление было названо эффектом Джоуля-Томсона.

По предложению Томсона Джоуля избрали членом Королевского общества. В это же время он выступил с лекцией, в которой изложил свои соображения о строе­нии газов, подсчитал скорость движения молекул водоро­да и впервые в мире попытался определить теплоемкость газа. Не все ученые согласились с его выводами, но вско­ре их подтвердили и другие исследователи, например не­мецкий физик Р.Клаузиус. Впоследствии стало ясно, что Джоуль заложил основы кинетической теории газов, из которой позже возникла новая наука — газовая динамика.

В 1854 году Джоуля постигла тяжелая утрата — от внезапной болезни скончалась сначала его жена, а затем единственный сын. Ученый был буквально раздавлен го­рем. На несколько лет он удалился в свое поместье и жил там практически в полном одиночестве. Лишь несколько друзей посещали его дом, не давая замкнуться в себе.

В 1867 году к Джоулю обратилась Британская ассо­циация содействия развитию науки. Ученому поручили провести особо точные измерения механического эквива­лента теплоты. Опыты позволили уточнить принятый в то время механический эталон единицы теплоты. В резуль­тате проделанной работы во всем мире была принята но­вая единица теплоты, позже названная именем Джоуля.

Ученый вошел в число крупнейших английских физи­ков, благотворительные фонды наперебой предлагали ему денежную помощь, его приглашали преподавать в лучшие университеты. Однако здоровье продолжало ухуд­шаться. Из-за постоянной болезни горла он не мог препо­давать. Кроме того, вскоре Джоуль начал слепнуть и по­чти полностью оглох. В 1878 году конкуренты разорили его, и отцовскую фабрику пришлось продать за долги. Джоуль остался практически без средств к существова­нию. Ученому с мировым именем было буквально не на что купить себе хлеба. К счастью, английским физикам удалось выхлопотать для него государственную пенсию. Но восстановить здоровье уже было нельзя. Джоуль по­чти перестал работать, а последние десять лет провел в своем доме прикованный к постели.