ალბათ არ არსებობს ადამიანი, რომელმაც არ იცის სახელი ჯეიმს ჯოელი. ამ ფიზიკოსის აღმოჩენები გამოიყენება მთელ მსოფლიოში. რა გზა გაიარა მეცნიერმა? რა აღმოჩენები გააკეთა მან?
გამოჩენილი ფიზიკოსის ცხოვრება
ჯეიმს ჯული დაიბადა 1818 წლის 24 დეკემბერს. მომავალი ფიზიკოსის ბიოგრაფია იწყება ინგლისის ქალაქ სალფორდში, წარმატებული ლუდსახარშის მფლობელის ოჯახში. ბიჭის განათლება სახლში მიმდინარეობდა, გარკვეული პერიოდი ფიზიკასა და ქიმიას ჯონ დალტონი ასწავლიდა. მისი წყალობით ინგლისელ ფიზიკოსს შეუყვარდა მეცნიერება.
ჯოულს არ ჰქონდა კარგი ჯანმრთელობა, ის დიდ დროს ატარებდა სახლში, ატარებდა ფიზიკურ ექსპერიმენტებსა და ექსპერიმენტებს. უკვე 15 წლის ასაკში, მამის ავადმყოფობის გამო, ძმასთან ერთად მოუწია ლუდსახარშის მართვა. მამამისის ქარხანაში მუშაობა მას არ აძლევდა უნივერსიტეტში წასვლის შესაძლებლობას, ამიტომ ჯეიმს ჯოულმა მთლიანად მიუძღვნა საკუთარი სახლის ლაბორატორიას.
1838 წლიდან 1847 წლამდე ფიზიკოსი აქტიურად სწავლობდა ელექტროენერგიას და მიაღწია თავის პირველ სამეცნიერო პროგრესს. ელექტროენერგიის ანალებში მან გამოაქვეყნა სტატია ელექტროენერგიის შესახებ და 1841 წელს აღმოაჩინა ახალი ფიზიკური კანონი, რომელიც ახლა მის სახელს ატარებს.
1847 წელს ჯოულმა დადო თავისი პირველი და ერთადერთი ქორწინება ამელია გრაიმსთან. მალე აქვთდაიბადნენ ალისა ამელია და ბენჯამინ არტური. 1854 წელს მისი ცოლი და ვაჟი გარდაიცვალა. თავად ჯული გარდაიცვალა 1889 წელს ინგლისში, ქალაქ სეილში.
მთელი ცხოვრების განმავლობაში მან გამოაქვეყნა 97-მდე ნაშრომი ფიზიკაში, ზოგიერთი მათგანი დაწერილი იყო სხვა მეცნიერებთან ერთად: ლიონი, ტომსონი და ა. უვადო პენსია დიდი ბრიტანეთის მთავრობისგან დაახლოებით 200 ფუნტის ოდენობით.
პირველი სამუშაოები და ექსპერიმენტები
მამამისის ლუდსახარში ორთქლის ძრავებზე დაკვირვებისას ჯეიმს ჯოულმა ეფექტურობისთვის გადაწყვიტა მათი შეცვლა ელექტროებით. 1838 წელს მან გამოაქვეყნა სტატია სამეცნიერო ჟურნალში, სადაც აღწერს მის მიერ გამოგონილი ელექტრომაგნიტური ძრავის მოწყობილობას. 1840 წელს ლუდსახარში ახალი ელექტროძრავები გამოჩნდა და ფიზიკოსმა განაგრძო ელექტრო დენის და სითბოს გამოყოფის შესწავლა. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ორთქლის ძრავები ბევრად უფრო ეფექტური იყო.
ექსპერიმენტების დროს ჯოული ქმნის თერმომეტრებს, რომლებსაც შეუძლიათ ტემპერატურის გაზომვა 1/200 გრადუსის სიზუსტით. ეს საშუალებას აძლევს მას ღრმად ჩაუღრმავდეს დენის თერმული ეფექტის შესწავლას. 1840 წელს, შემდგომი დაკვირვების წყალობით, ფიზიკოსი აღმოაჩენს მაგნიტური გაჯერების ეფექტს. იმავე წელს მან სამეფო სამეცნიერო საზოგადოებას გაუგზავნა ნაშრომი „ელექტრული დენის საშუალებით სითბოს წარმოქმნის შესახებ“. სტატია არ იყო შეფასებული. მხოლოდ მანჩესტერის ლიტერატურული და ფილოსოფიური ჟურნალი დათანხმდა მის გამოქვეყნებას.
ჯოულ-ლენცის კანონი
არაღიარებული ლონდონის სამეცნიერო საზოგადოების მიერ, მოგვიანებით აღმოჩნდა ერთ-ერთი მთავარიმეცნიერის მიღწევები. სტატიაში ჯეიმს ჯულმა ისაუბრა მიმდინარე სიძლიერესა და გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობას შორის ურთიერთობაზე. ის ამტკიცებდა, რომ სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა გამტარში, პირდაპირპროპორციულია გამტარის წინააღმდეგობის, ძალის კვადრატისა და დენის გავლის დროისა.
იმ დროს მსგავსი თეორია შეიმუშავა ემილიუს ლენცმა. ის ფაქტი, რომ ლითონის გამტარობის გამტარობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, აღმოაჩინა რუსმა ფიზიკოსმა ჯერ კიდევ 1832 წელს. დირიჟორში ტემპერატურის ზუსტად დასადგენად მეცნიერმა გამოიგონა სპეციალური ჭურჭელი, რომელშიც სპირტი ასხამდნენ. მავთული, რომლითაც დენი გადიოდა, ჭურჭელში ჩაუშვეს. შემდეგ თვალყურს ადევნებდნენ რამდენ ხანს გაცხელდებოდა ალკოჰოლი. ჯოულ ჯეიმს პრესკოტმა გამოიყენა მსგავსი მეთოდი, მაგრამ გამოიყენა წყალი, როგორც სითხე.
ლენცის მრავალწლიანი კვლევის შედეგები გამოქვეყნდა მხოლოდ 1843 წელს, მაგრამ მის ნაშრომებში იყო უფრო ზუსტი სამეცნიერო დასაბუთება, ვიდრე ჯულის, რომლის ნაშრომს თავიდან არც კი სურდა დაბეჭდვა. ჯოულის პირველობისა და ემილ ლენცის ზუსტი გამოთვლების გათვალისწინებით, გადაწყდა კანონის ორივე სახელის დარქმევა. დროთა განმავლობაში ჯოულ-ლენცის კანონმა საფუძველი ჩაუყარა თერმოდინამიკას.
მაგნიტოსტრიქცია
ელექტრული დენის თვისებების პარალელურად, ჯეიმს ჯული სწავლობს მაგნიტურ მოვლენებს. 1842 წელს მან შენიშნა, რომ მაგნიტური ტალღების გავლენით რკინა ზომაში იცვლის. თუ ლითონის ღეროები მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, მათი სიგრძე ოდნავ გაიზრდება.
მეცნიერულ საზოგადოებას ეჭვი ეპარებოდა აქ რაიმე აღმოჩენის არსებობაში. წნელების ზომის ცვლილება იყოიმდენად უმნიშვნელო, რომ ადამიანის თვალმა ვერ დაიჭირა. მაგრამ ფიზიკოსმა შეიმუშავა სპეციალური ტექნიკა, რომლითაც მან მოიპოვა ვიზუალური მტკიცებულება.
მოგვიანებით გაირკვა, რომ სხვა ლითონებსაც აქვთ ეს ეფექტი და თავად ფენომენს მაგნიტოსტრიქცია ეწოდა. ახლა მრავალი განაცხადი იქნა ნაპოვნი ჯოულის აღმოჩენისთვის. მაგალითად, მაგნიტოსტრიქციული ლითონები ემსახურება როგორც ტალღის გამტარი მასალა ტანკებში წყლის დონის გასაზომად. ეს ფენომენი ასევე გამოიყენება ქურდობის საწინააღმდეგო სისტემებში ტეგების დასამზადებლად.
გაზის ექსპერიმენტები
40-იან წლებში ჯეიმს ჯული აქტიურად სწავლობდა გაზის თვისებებს, კერძოდ მის გაფართოებასა და შეკუმშვასთან დაკავშირებულ მოვლენებს. მან ჩაატარა ექსპერიმენტი იშვიათი გაზის გაფართოების შესახებ და დაამტკიცა, რომ მისი შიდა ენერგია არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე. მხოლოდ გაზის ტემპერატურას აქვს მნიშვნელობა.
1848 წელს ჯოულმა გაზომა გაზის მოლეკულების სიჩქარე პირველად ფიზიკის ისტორიაში. ეს გამოცდილება იყო ადრეული ნამუშევარი გაზების კინეტიკურ თეორიაზე, რამაც ბიძგი მისცა შემდგომ კვლევებს ამ სფეროში. ჯოულის მუშაობა მოგვიანებით გააგრძელა შოტლანდიელმა ჯეიმს მაქსველმა.
ინგლისელი ფიზიკოსის პატივსაცემად მნიშვნელოვანი სამეცნიერო წვლილისთვის დასახელდა სამუშაოს, სითბოს და ენერგიის რაოდენობის საზომი ერთეული, ჯოული.
ჯული და ტომსონი
უილიამ ტომსონმა დიდი გავლენა მოახდინა ჯოულის საქმიანობაზე და მის აღიარებაზე სამეცნიერო სამყაროში. მეცნიერები შეხვდნენ 1847 წელს, როდესაც ჯოულმა წარუდგინა მოხსენება სითბოს მექანიკური ეკვივალენტის გაზომვის შესახებ ბრიტანეთის მეცნიერთა ასოციაციას.
სანამ ტომსონ ჯოულს სამეცნიერო წრეებში სერიოზულად არ აღიქვამდნენ. ვინ იცის, იქნებ არ გვეცოდნოდა მის მიერ აღმოჩენილი ფიზიკის კანონები, თუ უილიამ თომას არ აეხსნა მათი მნიშვნელობა ბრიტანული საზოგადოების „სნობებისთვის“.
ერთად ფიზიკოსებმა შეისწავლეს აირების თვისებები და აღმოაჩინეს, რომ გაზი გაცივდა ადიაბატური თხრილის დროს. ანუ, გაზის (ან სითხის) ტემპერატურა მცირდება ხვრელში (იზოლირებული სარქველი) გავლისას. ფენომენს ჯოულ-ტომსონის ეფექტს უწოდებენ. ახლა ეს ფენომენი გამოიყენება დაბალი ტემპერატურის მისაღებად.
მეცნიერებმა ასევე იმუშავეს თერმოდინამიკურ სკალაზე, რომელიც უილიამ ტომსონს ეკუთვნოდა ლორდ კელვინის ტიტულის მიხედვით.
ჯეიმს ჯოულის აღიარება
დიდება და აღიარება მაინც უსწრებდა ინგლისელ ფიზიკოსს. 1950-იან წლებში იგი გახდა ლონდონის სამეფო საზოგადოების წევრი და დაჯილდოვდა სამეფო მედლით. 1866 წელს მან მიიღო კოპლის მედალი, მოგვიანებით კი ალბერტის მედალი.
რამდენჯერმე ჯოული გახდა ბრიტანეთის სამეცნიერო ასოციაციის პრეზიდენტი. მას მიენიჭა სამართლის დოქტორის ხარისხი დუბლინის კოლეჯში, ედინბურგისა და ოქსფორდის უნივერსიტეტებში.
მის პატივსაცემად არის ქანდაკება მანჩესტერში, მერიაში და მემორიალი ვესტმინსტერის სააბატოში. მთვარის შორეულ მხარეს არის ჯეიმს ჯოულის კრატერი.
დასკვნა
ცნობილმა მეცნიერმა, რომლის სახელიც ფიზიკის კანონებსა და საზომი ერთეულებს ეწოდა, ვერ მიაღწია აღიარებას. მისი წყალობითშეუპოვრობა და შრომა, ის არ გაჩერებულა მრავალრიცხოვან წარუმატებლობამდე. საბოლოოდ, მან დაამტკიცა თავისი ადგილის უფლება მზის ქვეშ, ან თუნდაც მთვარის კრატერზე.
