James Joule

James Prescott Joule se narodil na Štědrý den roku 1818 v Salfordu ve Velké Británii. Své druhé jméno převzal po své mámě, která se jmenovala Alice, rozená Prescott. Rodina Jouleových byla bohatá, protože vlastnila prosperující pivovar v Manchesteru.

James Joule.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.

Dětství

James měl v dětství nemocnou páteř a to mělo velký vliv na jeho uzavřenější a stydlivější povahu. Nenavštěvoval normální školu, ale učil se doma. Od čtrnácti let studoval na univerzitě v Manchesteru, ale po dvou letech ji opustil. Začal stadovat u skvělého britského chemika a fyzika Johna Daltona. Ten mu vštěpoval nejen základní matematické, fyzikální a chemické znalosti, ale i vlastnosti dobrého experimentátora – puntičkářství a přesnost.

První výzkum

V roce 1837 ho zaměstnal jeho otec Benjamin Joule v rodinném pivovaru. Zařídil mu první laboratoř a jeho úkolem bylo zlepšit a zefektivnit nové elektrické motory, které v pivovaru měly nahradit zastaralé parní stroje. Joule se tedy pustil do výzkumu elektromagnetických jevů.

Poprvé na sebe upozornil ve svých dvaceti letech vynálezem elektrického motoru, ve kterém používal otáčivý pohyb vodiče s proudem v magnetickém poli. Své práce uveřejňoval ve vědeckých časopisech. Jedním z výsledků jeho výzkumů byl i poznatek z roku 1840, kdy objevil, že se tělesa dají zmagnetizovat jen do určitého stavu nasycení magnetismem, který není možné překročit.

Delší dobu zkoumal, jaké teplo se vyvine při průchodu elektrického proudu vodičem, a objevil zákon dnes označovaný jako Joulův zákon. Svůj objev zveřejnil v Protokolech Royal Society v roce 1840. Tyto pokusy prováděl s primitivním kalorimetrem a s galvanometrem vlastní konstrukce. Zjistil, že „teplo buzené elektrickým proudem je úměrné počtu atomů rozložených chemicky“ [2]. O čtyři roky později potvrdil jeho pokusy Heinrich Lenz a proto se zákon dnes nazývá Joule–Lenzův.

Výzkum tepla

Už od dětství měl Joule zájem o vlaky a parní stroje. To zřejmě ovlivnilo jeho pozdější vztah k tepelné energii a k termodynamice. Při pokusech se zahříváním vodiče s proudem si jako jeden z prvních uvědomil, že při mechanické práci vzniká teplo.

Nechal otáčet lopatkové kolo v nádobě s vodou, která se prací třecích sil ohřívala. Ve své první publikaci o teple z roku 1840 popsal, že elektrický odpor vodiče je závislý na jeho teplotě a na čtverci jeho průřezu. Ve svých pracech o elektrické, chemické a mechanické energii Joule vysvětlil, že produkované teplo je přímo úměrné produkované energii.

V roce 1843 stanovil mechanický ekvivalent tepla. Výsledky pak uveřejnil ve stejném roce v díle O tepelném efektu magnetoelektřiny a mechanické hodnoty tepla. V tomto díle uveřejnil svou formulaci zákona zachování energie: „Prasíly přírody podle vůle Stvořitele jsou nezničitelné.“ [2]

Jouleova aparatura pro měření mechanického ekvivalentu tepla.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Další objevy

Kromě vědecké práce se Joule věnoval spolu se svým bratrem vedení pivovaru, který zdědili po otci. Když mu ale v roce 1854 zemřela manželka, rozhodl se pivovar prodat a věnoval se pak už jen vědecké práci.

Pracoval experimentálně i teoreticky na kinetické teorii látek. Vypočítal rychlost neuspořádaného tepelného pohybu molekul plynu, zkoumal závislost této rychlosti na teplotě, teoreticky zdůvodnil Boyle–Mariottův a Gay–Lussacův zákon, určil měrná tepla některých plynů a objasnil podstatu tlaku plynu na stěny nádoby. Na některých problémech spolupracoval s Williamem Thomsonem, lordem Kelvinem.

V roce 1850 byl Joule zvolen do Royal Society a v letech 1872 až 1887 byl prezidentem Britské asociace pro pokrok ve vědě. Celý svůj život zůstal pivovarníkem, nikdy se nestal profesorem. Celý svůj výzkum si sám financoval. Bohužel v roce 1875 mu peníze došly a od tohoto roku začaly jeho zdravotní problémy. V říjnu 1889 zemřel na některou formu degenerace mozku.

Použité zdroje

[1] BOREC, T. Dobrý den, pane Ampére. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1980. ISBN 14–031–81.

[2] JÁCHIM, F. Fyzikální dílo Jamese Prescotta Joulea. Matematika a fyzika ve škole, prosinec 1988, roč. 19, č. 4, s. 271–273.

[3] Encyklopedická edice, listy, fyzici. ISBN 80–860–44–05–X.