James Prescott Joule nhà vật lý đặt nền móng cho định luật
Chương IV: Johannes Kepler (Kê-ple) và các định luật mang tên ông
James Prescott Joule (Phiên âm tiếng Việt Jun) (1818-1889) là một nhà vật lý người Anh sinh tại Salford, Lancashire. Ông đã phát hiện ra mối liên hệ giữa nhiệt lượng và công. Phát hiện này đã dẫn đến sự ra đời của định luật bảo toàn năng lượng tạo tiền đề cho sự phát triển của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học. Tên ông đã được đặt cho đơn vị của các dạng năng lượng của vật lý viết tắt là J (đọc là Jun).
James Prescott Joule nhà vật lý đặt nền móng cho định luật
Chân dung của nhà vật lý học người Anh James Prescott Joule (Jun)
Tuổi thơ và cuộc sống phải trưởng thành sớm của James Prescott Joule:
-
Ông sinh ngày 24/12/1818 tại Manchester, Anh Benjamin Joule, trong một gia đình sản xuất bia giàu có.
-
Ông là một đứa trẻ nhạy cảm và yếu đuối, không thể đi học thường xuyên và do gia đình có điều kiện nên Ông được học cùng gia sư ở nhà từ khi còn rất nhỏ. Ông được trau dồi kiến thức từ John Dalton một nhà toán học, hóa học nổi tiếng người Anh.
-
Là một đứa trẻ thông minh và ham hiểu biết, ông đã bị cuốn hút bởi các hiện tượng điện và những kiến thức liên quan đến nó. Ông đã tiến hành nhiều thí nghiệm liên quan đến điện từ rất sớm.
-
Do sức khỏe của cha ông không được tốt nên cùng với anh trai Benjamin của mình Joule đã buộc phải làm việc trong nhà máy bia khi còn ở tuổi 15.
- Năm 1838 ở tuổi mười chín ông đã chế tạo thành công một động cơ điện từ.
- Năm 1840 khi giữ vai trò chủ chốt ở nhà máy bia, Ông đã đưa những ứng dụng của động cơ hơi nước mới được phát minh cùng với động cơ điện do ông chế tạo vào trong hoạt động sản xuất của nhà máy bia cho các mục đích khoa học và kinh tế, mong muốn của Ông là tăng cường máy móc trong nhà máy bia để đạt được hiệu quả cao hơn.
- Năm 1841, ông đã thiết kế một thí nghiệm nhằm kiểm chứng mối quan hệ giữa cường độ dòng điện, điện trở và nhiệt tỏa ra trong một dây dẫn cơ sở thực tiễn để hình thành nên định luật Jun (Joule)
- Năm 1845, ông đã có những bài viết về các thí nghiệm nhằm chứng minh công có thể chuyển thành nhiệt đặt nền móng đầu tiên của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Hình trái: Joule và các thí nghiệm chứng minh mối liên hệ giữa cường độ dòng điện, điện trở và nhiệt tỏa ra. Hình phải: bố trí thí nghiệm “khấy nước” nổi tiếng của Joule chứng minh công có thể chuyển hóa thành nhiệt. (Khi quả nặng chuyển động xuống do trọng lực phần dây cuốn sẽ làm quay trục gỗ, trục gỗ nối với các tấm gỗ có thể khuấy động nước làm nước nóng lên => chứng tỏ công sinh ra đã chuyển thành nhiệt)
Video thí nghiệm chuyển hóa năng lượng (công thành nhiệt)
- Năm 1847, ông đã gặp William Thompson trong một trong các bài thuyết trình của mình tại Hội Hoàng Gia Anh tại Oxford và cộng tác với ông để tiến hành một số nghiên cứu về tác dụng nhiệt. Họ phát hiện ra hiệu ứng Joule-Thomson và nhiệt độ tuyệt đối.
Những công trình khoa học nổi bật của nhà vật lý học Joule:
- Ông đã nghiên cứu bản chất của nhiệt, chỉ ra được mối quan hệ giữa nhiệt và cơ năng. Đặt nền móng cho định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, tiền đề xây dựng nên nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học.
- Tìm ra mối quan hệ giữa nhiệt lượng, điện trở và cường độ dòng điện (Định luật Joule: nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn tỉ lệ thuận với tích bình phương cường độ dòng điện, điện trở của vật dẫn và thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó biểu thức của định luật Joule: Q = I2Rt)
- Tác phẩm của ông với William Thompson dẫn tới phát hiện đáng chú ý được gọi là hiệu ứng Joule-Thomson. Nó mô tả sự thay đổi nhiệt độ của một chất khí hoặc chất lỏng khi đó là buộc phải thông qua một van giữ cách ly để tránh phần nhiệt lượng tỏa ra ngoài môi trường.
- Ông cũng làm việc với William Thomson về nhiệt độ tuyệt đối hay còn được gọi là ‘Lord Kelvin’. (nhiệt độ tuyệt đối = độ C + 273 VD: 30oC = 30 + 273 = 303K lưu ý độ K người ta không viết là 303oK)
Giải thưởng và thành tựu:
- Năm 1852, ông nhận Huân chương Hoàng gia của Hội Hoàng gia Anh vì đã xuất bản một cuốn sách khoa học nói về mối quan hệ giữa cơ học và nhiệt học (tiêu đề cuốn sách: On the Mechanical Equyvalent of Heat)
- Năm 1860, ông được bầu làm chủ tịch của Manchester Literary và Philosophical Society.
- Ông là chủ tịch của Hiệp hội Anh cho sự tiến bộ của khoa học 1872-1887.
- Năm 1880, ông nhận Huy chương Albert của Hiệp hội Nghệ thuật Hoàng gia cho việc thiết lập các mối quan hệ giữa nhiệt, điện và công việc cơ khí.
- Một đài tưởng niệm được xây dựng trong ca đoàn phía bắc của Westminster Abbey và một bức tượng đứng trong Tòa thị chính Manchester trong kỷ niệm của mình.
Cuộc sống cá nhân
Năm 1847, ông kết hôn với Amelia Grimes, con gái của John Grimes một kiểm soát viên của Hải quan Liverpool. Họ có hai con là Benjamin Arthur và Alice Amelia.
Năm 1854, vợ và con trai của ông đã qua đời. Sau sự cố đáng tiếc này, ông sống như một người góa vợ cho phần còn lại của cuộc đời mình và vùi đầu vào làm việc không mệt mỏi.
Chính phủ Anh đã cấp cho ông 200 bảng/tháng coi như phần lương hưu trí cho những cống hiến đối với khoa học.
Những nghiên cứu tuyệt vời của James Prescott Joule trong lĩnh vực năng lượng vẫn là cơ sở cho rất nhiều các nghiên cứu được thực hiện ngày hôm nay. Trong hệ đơn vị đo lường quốc tế SI, tên của ông được đặt cho các đơn vị vật lý liên quan đến năng lượng.
Ông qua đời vào ngày 11/10/1889 ở tuổi 71 sau khi mắc bệnh trong thời gian dài.