Հավանաբար չկա մարդ, ով չգիտի Ջեյմս Ջոել անունը։ Այս ֆիզիկոսի հայտնագործությունները կիրառվում են ամբողջ աշխարհում։ Ի՞նչ ճանապարհ է անցել գիտնականը։ Ի՞նչ բացահայտումներ արեց նա:
Ականավոր ֆիզիկոսի կյանքը
Ջեյմս Ջուլը ծնվել է 1818 թվականի դեկտեմբերի 24-ին։ Ապագա ֆիզիկոսի կենսագրությունը սկսվում է անգլիական Սալֆորդ քաղաքում՝ գարեջրի հաջողակ տիրոջ ընտանիքում։ Տղայի կրթությունը տեղի է ունեցել տանը, որոշ ժամանակ նրան ֆիզիկա և քիմիա է դասավանդել Ջոն Դալթոնը։ Նրա շնորհիվ անգլիացի ֆիզիկոսը սիրահարվեց գիտությանը։
Ջուլը լավ առողջություն չուներ, նա շատ ժամանակ անցկացրեց տանը՝ ֆիզիկական փորձեր և փորձարկումներ անելով։ Արդեն 15 տարեկանում հոր հիվանդության պատճառով ստիպված է եղել եղբոր հետ ղեկավարել գարեջրի գործարանը։ Հոր գործարանում աշխատելը նրան հնարավորություն չտվեց համալսարան գնալու, ուստի Ջեյմս Ջուլն իրեն ամբողջությամբ նվիրեց իր տնային լաբորատորիան։
1838-ից 1847 թվականներին ֆիզիկոսը ակտիվորեն ուսումնասիրել է էլեկտրականությունը և կատարել իր առաջին գիտական առաջընթացը։ Annals of Electricity-ում նա հրապարակեց հոդված էլեկտրաէներգիայի մասին, իսկ 1841 թվականին հայտնաբերեց նոր ֆիզիկական օրենք, որն այժմ կրում է իր անունը։
1847 թվականին Ջուլը կնքեց իր առաջին և միակ ամուսնությունը Ամելիա Գրայմսի հետ։ Շուտով նրանք ունենԾնվել են Ալիս Ամելիան և Բենջամին Արթուրը։ 1854 թվականին մահանում են նրա կինն ու որդին։ Ինքը՝ Ջուլը, մահանում է 1889 թվականին Անգլիայում, Սեյլ քաղաքում։
Իր կյանքի ընթացքում նա հրապարակել է մոտ 97 աշխատանք ֆիզիկայից, որոնցից մի քանիսը գրվել են այլ գիտնականների հետ համատեղ՝ Լիոն, Թոմսոն և այլն։ Գիտական ակնառու նվաճումների և ֆիզիկայի բացահայտած օրենքների համար նա պարգևատրվել է մի շարք մեդալներով և ստացել Մեծ Բրիտանիայի կառավարությունից ցմահ թոշակ՝ մոտ 200 ֆունտ ստեռլինգի չափով։
Առաջին աշխատանքներ և փորձեր
Իր հոր գարեջրի գործարանի շոգեշարժիչները դիտարկելիս Ջեյմս Ջուլը որոշեց դրանք փոխարինել էլեկտրականներով՝ արդյունավետության համար: 1838 թվականին նա հոդված է հրապարակել գիտական ամսագրում, որտեղ նկարագրում է իր հորինած էլեկտրամագնիսական շարժիչի սարքը։ 1840 թվականին գարեջրի գործարանում հայտնվեցին նոր էլեկտրական շարժիչներ, և ֆիզիկոսը շարունակեց ուսումնասիրել էլեկտրական հոսանքը և ջերմության արտազատումը։ Հետագայում պարզվեց, որ գոլորշու շարժիչները շատ ավելի արդյունավետ էին։
Փորձերի ընթացքում Ջոուլը ստեղծում է ջերմաչափեր, որոնք կարող են չափել ջերմաստիճանը 1/200 աստիճան ճշգրտությամբ։ Սա թույլ է տալիս նրան ավելի խորանալ հոսանքի ջերմային ազդեցության ուսումնասիրության մեջ: 1840 թվականին հետագա դիտարկումների շնորհիվ ֆիզիկոսը բացահայտում է մագնիսական հագեցվածության ազդեցությունը։ Նույն թվականին նա Թագավորական գիտական ընկերություն է ուղարկել «Էլեկտրական հոսանքի միջոցով ջերմության առաջացման մասին» աշխատությունը։ Հոդվածը չի գնահատվել։ Միայն Manchester Literary and Philosophical Journal-ը համաձայնել է այն հրապարակել։
Joule-Lenz Law
Չճանաչված Լոնդոնի գիտական ընկերության կողմից, հետագայում պարզվեց, որ հոդվածը հիմնականներից մեկն էգիտնականի ձեռքբերումները. Հոդվածում Ջեյմս Ջուլը խոսեց ընթացիկ ուժի և արտանետվող ջերմության քանակի միջև կապի մասին: Նա պնդում էր, որ հաղորդիչում արտազատվող ջերմության քանակն ուղիղ համեմատական է հաղորդիչի դիմադրությանը, ուժի քառակուսին և հոսանքի անցման ժամանակին։
Այդ ժամանակ նմանատիպ տեսություն էր մշակվել Էմիլիուս Լենցի կողմից։ Այն փաստը, որ մետաղական հաղորդիչի հաղորդունակությունը կախված է ջերմաստիճանից, հայտնաբերվել է ռուս ֆիզիկոսի կողմից դեռ 1832 թվականին։ Հաղորդավարի ջերմաստիճանը ճշգրիտ որոշելու համար գիտնականը հորինել է հատուկ անոթ, որի մեջ ալկոհոլ են լցնում։ Լարը, որով անցնում էր հոսանքը, իջեցրեցին անոթի մեջ։ Այնուհետև հետևում էին, թե որքան ժամանակ է ալկոհոլը տաքանալու: Ջոուլ Ջեյմս Պրեսկոտն օգտագործել է նմանատիպ մեթոդ, սակայն որպես հեղուկ օգտագործել է ջուրը:
Երկար տարիների հետազոտության արդյունքները Լենցը հրապարակեց միայն 1843 թվականին, բայց նրա գրվածքներում կային ավելի ճշգրիտ գիտական հիմնավորումներ, քան Ջուլի, ում աշխատանքը սկզբում նույնիսկ չէր ուզում տպագրվել: Հաշվի առնելով Ջոուլի գերակայությունը և Էմիլ Լենցի ճշգրիտ հաշվարկները, որոշվեց օրենքը անվանել երկուսի անունով։ Ժամանակի ընթացքում Ջուլ-Լենցի օրենքը դրեց թերմոդինամիկայի հիմքը։
Magnetostriction
Էլեկտրական հոսանքի հատկություններին զուգահեռ Ջեյմս Ջուլն ուսումնասիրում է մագնիսական երեւույթները։ 1842 թվականին նա նկատում է, որ մագնիսական ալիքների ազդեցությամբ երկաթի չափերը փոխվում են։ Եթե մետաղական ձողերը տեղադրվեն մագնիսական դաշտում, դրանց երկարությունը մի փոքր ավելի երկար կլինի։
Գիտական հանրությունը կասկածում էր այստեղ որևէ հայտնագործության գոյությանը։ Ձողերի չափի փոփոխությունը եղել էայնքան աննշան, որ մարդկային աչքը չկարողացավ բռնել: Բայց ֆիզիկոսը մշակել է հատուկ տեխնիկա, որով նա տեսողական ապացույցներ է ձեռք բերել։
Հետագայում պարզվեց, որ այս ազդեցությունն ունեն նաև այլ մետաղներ, և այդ երեւույթն ինքնին կոչվեց մագնիսական նեղացում։ Այժմ Ջոուլի հայտնաբերման համար բազմաթիվ հավելվածներ են հայտնաբերվել։ Օրինակ, մագնիսական սեղմող մետաղները ծառայում են որպես ալիքատարի նյութ տանկերում ջրի մակարդակը չափելու համար: Այս երևույթն օգտագործվում է նաև հակագողության համակարգերում պիտակներ պատրաստելու համար։
Գազային փորձեր
40-ականներին Ջեյմս Ջուլը ակտիվորեն ուսումնասիրում էր գազի հատկությունները, մասնավորապես՝ դրա ընդլայնման և կծկման հետ կապված երևույթները։ Նա հազվագյուտ գազի ընդլայնման փորձ է անցկացրել՝ միաժամանակ ապացուցելով, որ դրա ներքին էներգիան կախված չէ ծավալից։ Կարևոր է միայն գազի ջերմաստիճանը։
1848 թվականին Ջուլը ֆիզիկայի պատմության մեջ առաջին անգամ չափեց գազի մոլեկուլների արագությունը։ Այս փորձը գազերի կինետիկ տեսության վաղ աշխատանքն էր՝ խթան տալով հետագա հետազոտություններն այս ոլորտում: Ջոուլի աշխատանքը հետագայում շարունակեց շոտլանդացի Ջեյմս Մաքսվելը։
Անգլիացի ֆիզիկոսի պատվին նշանակալի գիտական ավանդի համար անվանվել է աշխատանքի, ջերմության և էներգիայի քանակի չափման միավոր՝ Ջոուլ։
Ջուլ և Թոմսոն
Ուիլյամ Թոմսոնը հսկայական ազդեցություն ունեցավ Ջուլի գործունեության և գիտական աշխարհում նրա ճանաչման վրա: Գիտնականները հանդիպեցին 1847 թվականին, երբ Ջոուլը ներկայացրեց ջերմության մեխանիկական համարժեքի չափումների մասին զեկույց Բրիտանական գիտնականների ասոցիացիային:
Նախքան Թոմսոն Ջուլին լուրջ չէին վերաբերվում գիտական շրջանակներում: Ո՞վ գիտի, գուցե մենք չգիտեինք նրա հայտնաբերած ֆիզիկայի օրենքները, եթե Ուիլյամ Թոմասը չբացատրեր դրանց կարևորությունը բրիտանական համայնքի «սնոբներին»:
Միասին ֆիզիկոսներն ուսումնասիրել են գազերի հատկությունները՝ պարզելով, որ գազը սառչում է ադիաբատիկ շնչառության ժամանակ: Այսինքն՝ բացվածքով (մեկուսացված փական) անցնելիս գազի (կամ հեղուկի) ջերմաստիճանը նվազում է։ Երևույթը կոչվում է Ջուլ-Թոմսոնի էֆեկտ։ Այժմ այս երեւույթն օգտագործվում է ցածր ջերմաստիճաններ ստանալու համար։
Գիտնականներն աշխատել են նաև թերմոդինամիկական սանդղակի վրա, որն անվանվել է Լորդ Քելվինի տիտղոսից, որը պատկանում էր Ուիլյամ Թոմսոնին։
Ջեյմս Ջուլի խոստովանություն
Փառքն ու ճանաչումը դեռ գերազանցում էին անգլիացի ֆիզիկոսին։ 1950-ական թվականներին նա դարձավ Լոնդոնի թագավորական ընկերության անդամ և արժանացավ թագավորական մեդալի։ 1866 թվականին նա ստացավ Կոպլի, իսկ ավելի ուշ՝ Ալբերտ մեդալ։
Մի քանի անգամ Ջոուլը դարձավ Բրիտանական գիտական ասոցիացիայի նախագահ։ Դուբլինի քոլեջի, Էդինբուրգի և Օքսֆորդի համալսարանների կողմից ստացել է իրավագիտության դոկտորի կոչում։
Նրա պատվին արձան կա Մանչեսթերի քաղաքապետարանում և հուշահամալիր՝ Վեսթմինսթերյան աբբայությունում: Լուսնի հեռավոր կողմում կա Ջեյմս Ջուլ խառնարան:
Եզրակացություն
Հանրահայտ գիտնականը, ում անունը տրված է ֆիզիկայի օրենքներին և չափման միավորներին, չկարողացավ հասնել ճանաչման։ Նրա շնորհիվհամառություն և աշխատանք, նա կանգ չի առել բազմաթիվ անհաջողություններից: Ի վերջո, նա ապացուցեց իր իրավունքը արևի տակ, կամ գոնե լուսնային խառնարանի վրա:
