Джеймс Прескотт Джоуль — Q=I²Rt, еквівалент теплоти

4.184

Дж = 1 кал (еквівалент)

Q=I²Rt

закон Джоуля-Ленця

1843

рік вимірювання еквіваленту

1 Дж

одиниця енергії названа на честь

Хто такий Джоуль?

Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) — британський фізик-аматор і пивовар, який зробив одне з найважливіших відкриттів XIX ст.: теплота і механічна робота є різними формами однієї фізичної величини — енергії. Це заклало підвалини першого закону термодинаміки.

Майже все своє майно Джоуль витратив на точні фізичні вимірювання. Він не мав університетської кафедри — був власником пивоварні у Манчестері. Проте його експериментальна точність вражала сучасників.

Закон Джоуля-Ленця (1841–1842)

Незалежно від Емілія Ленця, Джоуль встановив кількісний зв'язок між електричним струмом і теплотою:

Закон Джоуля-Ленця:

Q = I² · R · t

Q — теплота [Джоуль, Дж]
I — сила струму [Ампер]
R — електричний опір [Ом]
t — час [секунди]

Цей закон — основа розрахунку нагрівання провідників, плавких запобіжників, електронагрівачів. Кожного разу, коли холодильник чи пральна машина «гудить» через нагрів обмоток — це закон Джоуля-Ленця в дії.

Механічний еквівалент теплоти

У 1843–1850 рр. Джоуль провів видатну серію експериментів. У найвідомішому він занурив лопатеве колесо у воду, зв'язав його з гирями. Гирі опускались, крутили лопатки, вода нагрівалась. Результат:

Механічний еквівалент теплоти (Джоуль, 1843):

1 кал = 4.18 Дж (сучасне: 4.184 Дж/кал)

Це довело, що теплота — не окрема «рідина» (калорик), а форма руху молекул. Джоуль отримав значення 4.18 Дж/кал — з похибкою менше 1% від сучасного! Фізики того часу відкидали його результати 8 років, поки Вільям Томсон (лорд Кельвін) не визнав їх правоту.

Перший закон термодинаміки

Відкриття Джоуля (1843), Майєра (1842) та Гельмгольца (1847) разом сформулювали перший закон термодинаміки:

Перший закон термодинаміки (закон збереження енергії):

ΔU = Q − W

де ΔU — зміна внутрішньої енергії, Q — теплота, W — робота системи. Енергія не виникає і не зникає — лише переходить з одного виду в інший.

Ефект Джоуля-Томсона

Спільно з лордом Кельвіном (Томсоном) у 1852 р. Джоуль відкрив ефект Джоуля-Томсона: реальний газ при дроселюванні (розширенні через пористу перегородку без теплообміну) охолоджується. Це основа роботи холодильників та скраплення газів.

Хронологія відкриттів

1840

Перші досліди із електричним опором і нагріванням

1841–42

Формулювання закону Джоуля-Ленця: Q=I²Rt

1843

Перше вимірювання механічного еквіваленту теплоти: ~4.18 Дж/кал

1847

Лекція в Оксфорді — Вільям Томсон (Кельвін) вперше сприймає ідеї Джоуля

1850

Публікація «лопатевого» досліду — найточніший результат еквіваленту

1852

Ефект Джоуля-Томсона — охолодження газів при дроселюванні

Спадщина

На честь Джоуля названо джоуль (Дж) — одиницю енергії в системі СІ: 1 Дж = 1 кг·м²/с². Кожного разу, коли ви бачите «кДж», «кілоджоуль» на упаковці їжі чи в специфікаціях батареї — це данина пам'яті пивовара з Манчестера.

Внесок у науку

Цей вчений залишив глибокий слід у розвитку науки та технологій. На цій сторінці зібрані ключові відкриття, цитати та концепції, пов'язані з його науковою спадщиною.

Термодинаміка пояснює теплові процеси і визначає ефективність енергетичних систем.

Чому важливо знати цього вченого

Розуміння внеску видатних вчених допомагає зрозуміти логіку розвитку науки. Їхні методи мислення, підходи до проблем і наукова стійкість — безцінний приклад для кожного дослідника і студента.

🔗 Також за темою

📖 Джеймс Максвелл: рівняння електромагнетизму і передбачення світла

Часті запитання (FAQ)

Які головні відкриття зробив цей вчений?

Ключові відкриття та внески вченого в науку детально описані на цій сторінці. Там ви знайдете опис основних теорій, рівнянь та концепцій, названих на честь цього науковця, а також їх вплив на розвиток науки загалом.

Де вивчав та де працював вчений?

Освіта та наукова кар'єра вченого описані в розділі «Біографія». Більшість видатних науковців здобули освіту у провідних університетах Європи та світу і зробили свої відкриття під час роботи в університетах або наукових інституціях.

Які закони, формули або теореми носять ім'я цього вченого?

На сторінці перелічені основні наукові результати, названі на честь вченого: закони, теореми, рівняння, методи та ефекти. Кожен із них пов'язаний з відповідними матеріалами та калькуляторами на нашому сайті.

Яке значення має спадщина цього вченого для сучасної науки?

Праці видатних вчених, представлених на сайті, заклали фундамент сучасної математики, фізики, хімії та інформатики. Їхні відкриття досі використовуються в науці, інженерії, медицині та технологіях. Сторінка показує, як давні теорії знаходять нові застосування у XXI столітті.

Де знайти задачі та приклади, пов'язані з роботами цього вченого?

На сайті calculator.party є тренажери, розв'язані задачі та калькулятори, що базуються на теоріях і формулах цього вченого. Відповідні посилання наведено в кінці сторінки біографії. Також скористайтеся пошуком по сайту для знаходження матеріалів за ім'ям вченого.