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James Prescott Joule

James Prescott Joule

Biografía:


James Prescott Joule nació en Salford, Inglaterra, en la Nochebuena del año 1818. Su padre y su abuelo eran fabricantes de cerveza, y el negocio, a su debido tiempo, descendió al Sr. Joule y su hermano mayor, y por ellos se llevaba a cabo con éxito hasta que fue vendida en 1854. El abuelo del Sr. Joule vino de Elton, en Derbyshire, se establecieron cerca de Manchester, donde fundó la empresa, y murió a la edad de cincuenta y cuatro, en 1799. Su padre, uno de una familia numerosa, se casó con una hija de John Prescott de Wigan. Tuvieron cinco hijos, de los cuales James Prescott Joule fue el segundo, y de los cuales tres eran hijos - Benjamin, el mayor, Santiago y Juan - y sus dos hijas - Alicia y María. La madre del Sr. Joule murió en 1836 a la edad de cuarenta y ocho, y su padre, que era un inválido durante muchos años antes de su muerte, murió a la edad de setenta y cuatro, en el año 1858.

Su educación temprana fue iniciada por la media hermana de su madre, y fue llevado en la casa de su padre, Broomhill, Pendlebury, por tutores hasta que tenía unos quince años de edad. A los quince años comenzó a trabajar en la fábrica de cerveza, que, como la salud de su padre se negó, cayó completamente en manos de su hermano Benjamín y él mismo.

En Dalton, el Sr. Joule primero conoció aparato físico, y el interés suscitado en su mente muy pronto comenzó a producir sus frutos.Casi de inmediato comenzó a experimentar por su cuenta.La obtención de una habitación en casa de su padre con el propósito, comenzó con la construcción de una máquina eléctrica del cilindro de una manera muy primitiva. Un tubo de vidrio sirve para el cilindro, un poker colgados por hilos de seda, como en las formas más antiguas de la máquina eléctrica, fue el conductor principal, y una botella de Leyden, volvió a la jarra de edad histórica de Cunaeus, y se utiliza un media botella llena de agua, de pie en un recipiente exterior, que contiene el agua también. La ampliación de su stock de aparatos, sobre todo por la obra de sus manos, pronto entró en las filas como un investigador, y trabajos originales seguían unos a otros en rápida sucesión. La lista contiene ahora la Real Sociedad, los títulos de noventa y siete artículos, debido a Joule, exclusivo de más de veinte documentos muy importantes que detalla las investigaciones realizadas por él conjuntamente con Thomson, con el Lyon Playfair, y con Scoresby. Las primeras investigaciones, el Sr. Joule se encontraban en el campo del magnetismo. En 1838, a la edad de diecinueve años, construyó un motor electromagnético, que se describe en el Esturión de "Anales de la Electricidad" en enero de ese año. En el mismo año, y en los tres años siguientes, se construyeron otras máquinas de electro-magnética y electro-imanes de formas nuevas y experimentar con el nuevo aparato, obtuvo resultados de gran importancia en la teoría del electromagnetismo. En 1840 descubrió y determinó el valor del límite de la magnetización transmisibles de hierro dulce por la corriente eléctrica, que muestra para el caso de un electroimán que soportan peso, que cuando la corriente de excitación se hace más fuerte y más fuerte, el poder mantener la tendencia un cierto límite definido, que, según sus estimaciones, asciende a alrededor de 140 libras por pulgada cuadrada de una de las superficies de atracción. Investigó los valores relativos de los núcleos de hierro sólido para la máquina de electro-magnética, en comparación con los paquetes de alambre de hierro, y, aplicando los principios que él había descubierto, se procedió a la construcción de electroimanes de levantamiento de potencia mucho mayor que cualquier anteriores, mientras estudiaba también los métodos de modificación de la distribución de la fuerza en el campo magnético.

En el comienzo de estas investigaciones se encontró desde el principio, como nos dice, con "la dificultad, si no imposible, de entender los experimentos y compararlos entre sí, que se presenta, en general, a partir de descripciones incompletas de los aparatos, y de la arbitrariedad . vaga y números que se utilizan para caracterizar las corrientes eléctricas Esta práctica ", dice," puede ser tolerada en la infancia de la ciencia, pero en su estado actual de avance mayor precisión y corrección se exige imperativamente que se ha determinado ". , continúa, "por mi parte a abandonar mis números de la cantidad de edad, y para expresar mis resultados sobre la base de una unidad que será a la vez científico y práctico." El descubrimiento de Faraday de la ley de la electro-químicas equivalentes le había inducido a proponer la voltámetro como un medidor de corriente eléctrica, pero el sistema propuesto no se había utilizado en las investigaciones de cualquier electricista, sin exceptuar las de Faraday sí mismo. Joule, al darse cuenta por primera vez la importancia de tener un sistema de medición eléctrica, que haría que los resultados experimentales obtenidos en diferentes momentos y bajo diferentes circunstancias comparables entre sí, y percibir al mismo tiempo las ventajas de un sistema de medición eléctrica depende, o al menos comparable con la acción química que produce la corriente eléctrica, adoptado como unidad de cantidad de electricidad la cantidad necesaria para descomponer nueve granos de agua, 9 siendo el peso atómico del agua, de acuerdo con la nomenclatura química entonces en uso. Ya había hecho y se describe una mejora muy importante en la construcción de galvanómetros, y se graduó en el galvanómetro de tangente que se correspondan con el sistema de medición eléctrica que había adoptado. Las corrientes eléctricas utilizadas en los experimentos se midieron a partir de entonces en el nuevo sistema, y ​​los números dados en los documentos de Joule de 1840 a la baja son fácilmente reducibles al moderno sistema absoluto de medidas eléctricas, en la construcción y la introducción general de la que él mismo tomó tan prominente una parte. Fue en 1840, también, que después de experimentar las mejoras en los aparatos fotovoltaicos, que centró su atención en "el calor desprendido por los conductores metálicos de la electricidad y en las células de la batería durante la electrólisis." En este trabajo, y las siguientes en 1841 y 1842, sentó las bases de una nueva provincia en la ciencia física, eléctrica y química termodinámica, entonces totalmente desconocida, pero ahora familiar maravillosamente, hasta el electricista más duras sentido común práctico. En cuanto a el calor desprendido por un conductor metálico que lleva una corriente eléctrica, estableció lo que se suponía ya que la ley, a saber, que "la cantidad de calor desprendido por ella [en un momento dado] es siempre proporcional a la resistencia que que presenta, cualquiera que sea la longitud, grosor, forma o tipo de conductor metálico ", mientras que obtuvo la ley, entonces desconocido, que el calor desprendido es proporcional a la" plaza "de la cantidad de electricidad que pasa en un determinado tiempo. Corresponding laws were established for the heat evolved by the current passing in the electrolytic cell, and likewise for the heat developed in the cells of the battery itself. Las correspondientes leyes fueron establecidas por el calor desprendido por el paso de la corriente en la celda electrolítica, así como para el calor que se produce en las células de la propia batería. En el año 1840 ya estaba especulando sobre la transformación de energía química en calor. En el último artículo se refiere y en un breve resumen en el "Proceedings of the Royal Society", de diciembre de 1840, señala que el calor generado en un cable de transmisión de una corriente de electricidad es una parte del calor de la combinación química de los materiales utilizados en la pila voltaica, y que el resto no, el calor de toda combinación, se desarrolla dentro de la celda en la que la acción química se lleva a cabo. En ponencias presentadas en 1841 y 1842, que impulsa sus investigaciones más allá, y demuestra que la suma del calor producido en todas las partes del circuito durante la acción voltaica es proporcional a la acción química que se produce en la pila voltaica, y otra vez que, las cantidades de calor que se desarrollan por la combustión de los equivalentes de los organismos son proporcionales a la intensidad de su afinidad por el oxígeno.Habiendo procedido hasta ahora, que llevaba en la misma línea de razonamiento y experimentar hasta que fue capaz de anunciar en enero de 1843, que la máquina magneto-eléctrico que nos permite "convertir la energía mecánica en calor". La mayor parte de su tiempo libre en la primera parte del año 1843 se dedicó a hacer experimentos necesarios para el descubrimiento de las leyes del desarrollo de calor magneto-eléctrico, y para la determinación definitiva del valor mecánico del calor. En la reunión de la Asociación Británica en Cork, el 21 de agosto de 1843, leyó su ensayo "Sobre los efectos caloríficos de la magneto-electricidad, y sobre el valor mecánico del calor." El documento da cuenta de una admirable serie de experimentos, lo que demuestra que "el calor se genera" (no meramente "transferidos" a partir de otra fuente) por la máquina magneto-eléctrica. The investigation was pushed on for the purpose of finding whether a "constant ratio exists between the heat generated and the mechanical power" used in its production. La investigación se inserta en el propósito de encontrar si existe una "relación constante que existe entre el calor generado y la potencia mecánica", utilizada en su producción. As the result of one set of magneto-electric experiments, he finds 838 foot pounds to be the mechanical equivalent of the quantity of heat capable of increasing the temperature of one pound of water by one degree of Fahrenheit's scale. Como resultado de un conjunto de magneto-eléctrico experimentos, se encuentra con 838 libras pie a ser el equivalente mecánico de la cantidad de calor capaz de aumentar la temperatura de una libra de agua un grado Fahrenheit de la escala. The paper is dated Broomhill, July, 1843, but a postscript, dated August, 1843, contains the following sentences: El documento está fechado Broomhill, julio de 1843, pero una posdata, de fecha agosto de 1843, contiene las siguientes frases: "Estaremos obligados a admitir que el conde de Rumford tenía razón al atribuir el calor desprendido por el cañón aburrido a la fricción, y no (en cualquier grado considerable) a cualquier cambio en la capacidad del metal. Últimamente he demostrado experimentalmente que" el calor es evolucionado con el paso del agua a través de tubos estrechos ". Mi aparato consistía en un pistón perforado por una serie de pequeños agujeros, que trabaja en un tarro de cristal cilíndrico que contiene alrededor de 7 libras de agua. I así obtenido un grado de calor por libra de agua de una fuerza mecánica capaz de levantar sobre £ 770 a la altura de un pie, un resultado que le permitirá ser muy fuerte confirmación de nuestras deducciones anteriores. voy a perder tiempo en la repetición y la ampliación de estas experiencias, considera que las agentes de cola de la naturaleza son, en fiat del Creador, "indestructible", y que donde quiera que la fuerza mecánica se gasta, un equivalente exacto de calor es "siempre" obtenido ". Esta fue la primera determinación del equivalente dinámico de calor. Otros naturalistas y experimentadores al mismo tiempo se intenta comparar la cantidad de calor producido en determinadas circunstancias, con la cantidad de trabajo invertido en su producción, y los resultados y las deducciones (algunos de ellos muy notable) fueron dadas por Séguin (1839), Mayer (1842), Colding (1843), fundada en parte en el experimento, y en parte en una especie de razonamiento metafísico. sin embargo, que primero propuso definitivamente el problema de determinar la relación entre el calor producido y el trabajo realizado en cualquier acción mecánica, y resolvió el problema directamente. No es de suponer que los descubrimientos de Joule y los resultados de su investigación se reunió con la atención inmediata o con la aquiescencia listo. El problema le ocupó casi ininterrumpidamente desde hace muchos años, y en 1878 se da en el "Philosophical Transactions" de los resultados de una nueva determinación, según la cual la cantidad de trabajo necesario para ser gastados con el fin de elevar la temperatura de una libra de agua pesaba en vacío de 60 ° a 61 ° Fahr., es 772,55 libras pie de obra en el nivel del mar y en la latitud de Greenwich. Sus resultados de 1849 y 1878 de acuerdo de una manera sorprendente con los obtenidos por Hirn y con las derivadas de una complicada serie de experimentos llevados a cabo por el profesor Rowland, a expensas del Gobierno de los Estados Unidos. Sus experimentos posteriores a 1843 en el equivalente dinámico de calor debe ser mencionado brevemente. En ese año su padre se trasladó a Oak Pendlebury de campo, Whalley Range, en el lado sur de Manchester, y construyó para su hijo un laboratorio conveniente cerca de la casa. Fue en este tiempo que él sentía la necesidad apremiante de los termómetros de precisión, y mientras Regnault estaba haciendo lo mismo en Francia, el Sr. Joule producido, con la asistencia del Sr. Dancer, fabricante de instrumentos, de Manchester, los termómetros primero Inglés que posee precisión, tales como el termómetro de mercurio en vidrio es capaz de hacer. Algunas de ellas fueron trasladadas al Prof. Graham y al Prof. Lyon Playfair, y la producción de estos instrumentos fue de por sí una contribución más importante al equipo científico. A medida que el experimento directo de la fricción de un fluido depende de ninguna hipótesis, y parece estar totalmente intachable, que fue utilizado por el Sr. Joule en varias ocasiones en formas modificadas. La agitación de mercurio, de aceite y de agua con una paleta, que se convirtió en un peso que cae, se comparó, y la fricción sólida, la fricción de hierro sobre el hierro en el mercurio, el tratado fue, pero la simple agitación de las aguas parece preferible a cualquiera, y fue empleado en todas sus determinaciones más tarde. In 1847 Mr. Joule was married to Amelia, daughter of Mr. John Grimes, Comptroller of Customs, Liverpool. En 1847, el Sr. Joule se casó con Amelia, hija del señor John Grimes, Administrador de Aduanas, de Liverpool. Su esposa falleció la madrugada (1854), dejándole un hijo y una hija. La reunión de la Asociación Británica en Oxford, en este año, resultó muy interesante e importante." Aquí Joule leer un papel nuevo "con el equivalente mecánico del calor." De esta reunión Sir William Thomson escribe lo siguiente a la autora de esta nota: ""He hecho conocido de Joule en la reunión de Oxford, y rápidamente se maduró en una amistad de por vida. "Escuché su documento leído en la sección, y se sintió fuertemente impulsada en un primer momento de levantarse y decir que debe estar mal, porque el verdadero valor mecánico del calor dado, supongo que en agua caliente, debe, por pequeñas diferencias de temperatura, es proporcional . al cuadrado de su cantidad sabía de Carnot que este "debe" ser verdad (y "es" verdad, sólo que ahora yo lo llamo "motricidad", para evitar coincidir con Joule "valor mecánica"). Pero a medida que escuchaba una y otra vez, vi que (a pesar de Carnot había verdad de vital importancia, para no ser abandonado) Joule había sin duda una gran verdad y un gran descubrimiento, y una medida más importante para el avance. Por lo tanto, en vez de aumentar, con mi objeción, a la reunión, esperé hasta que terminó, y le dijo que tenía que decir a sí mismo Joule, al final de la reunión. Esto hizo que mi primer contacto con él. Después de eso tuve una larga conversación sobre el asunto en una de las " conversaziones "de la Asociación, y nos hicimos amigos rápidamente de allí en adelante Sin embargo, él no me dijo que se iba a casar en una semana o algo así;. pero unos quince días más tarde me encontraba caminando por Chamounix de comenzar el tour del Mont Blanc , y ¿a quién debo cumplir con subir pero Joule, con un termómetro de largo en su mano, y un carro con una señora de no muy lejos. Me dijo que había estado casada desde que se separaron en Oxford! y que iba a tratar la elevación de la temperatura en las cascadas. Nos trysted para cumplir con un par de días más tarde, en Martigny, y mirar la cascada de Sallanches, para ver si podría responder. Nos pareció que era demasiado dividido en spray. Su joven esposa, siempre y cuando vivía, se interesó en su obra científica, y tanto ella como él me mostró la mayor bondad en mis visitas a los de Manchester para nuestros experimentos sobre los efectos térmicos de fluido en movimiento, que comenzó pocos años después ""El papel de Joule en la reunión de Oxford hizo una gran sensación. Faraday estaba allí y me sorprendió mucho con él, pero no entrar de lleno en los nuevos puntos de vista. Fue muchos años después de que antes de que cualquiera de los jefes científicos comenzaron a dar su adhesión. No pasó mucho tiempo después, cuando Stokes me dijo que estaba dispuesto a ser un Joulite ". "Miller, or Graham, or both, were for years quite incredulous as to Joule's results, because they all depended on fractions of a degree of temperature--sometimes very small fractions. His boldness in making such large conclusions from such very small observational effects is almost as noteworthy and admirable as his skill in extorting accuracy from them. I remember distinctly at the Royal Society, I think it was either Graham or Miller, saying simply he did not believe Joule, because he had nothing but hundredths of a degree to prove his case by." "Miller o Graham, o ambos, fueron durante años muy incrédulo en cuanto a los resultados de Joule, porque todo dependía de las fracciones de un grado de temperatura -. Fracciones muy pequeñas a veces, su audacia en la toma de conclusiones tan grande de esos efectos de observación muy pequeño es casi tan notable y admirable como su habilidad para extorsionar a la exactitud de los mismos. Recuerdo claramente en la Real Sociedad, creo que fue bien o Graham Miller, diciendo simplemente que no cree que Joule, porque no tenía nada, pero centésimas de grado en probar su caso por ". La amistad se forma entre Joule y Thomson en 1847, creció rápidamente. Una voluminosa correspondencia se mantenía entre ellos, y varias investigaciones importantes fueron realizadas por los dos amigos en común. Su investigación conjunta primera fue en los efectos térmicos experimentados por el aire corriendo a través de pequeñas aberturas Los resultados de esta investigación dan por primera vez una base experimental para la hipótesis asumida sin pruebas por Mayer como la base para una estimación de la relación numérica entre la cantidad de el trabajo mecánico y el calor, y muestran que para los gases permanentes, la hipótesis es muy aproximadamente cierto. Posteriormente, Joule y Thomson llevó a cabo una investigación más amplia sobre los efectos térmicos de fluidos en movimiento, y en el calor adquirido por los cuerpos en movimiento rápido a través del aire. Ellos encontraron el calor generado por un cuerpo en movimiento a una milla por segundo a través del aire suficiente para dar cuenta de su ignición. Los fenómenos de "estrellas fugaces" se explica por el Sr. Joule en 1847 por el calor desarrollado por los cuerpos corriendo en nuestra atmósfera. No es posible dentro de los límites a los que es necesariamente este esquema limita a hablar en detalle de los muchos investigadores a cargo del Sr. Joule de diversos temas de física. Incluso de los más interesantes de estos un plazo muy breve debe ser suficiente para el presente. La física molecular, como ya he señalado, a principios reclamó su atención. Varios documentos sobre la electrólisis de los líquidos, y en la constitución de los gases, han sido el resultado. Un artículo muy interesante sobre "El calor y la Constitución de los fluidos elásticos" fue leído ante la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester en 1848. En él se desarrolló la explicación de Daniel Bernoulli de presión de aire por el impacto de las moléculas del gas en los laterales de la nave que contiene, y de consideraciones muy simple que calcula la velocidad media de las partículas necesarias para producir la presión atmosférica normal en los diferentes temperaturas. La velocidad media de las partículas de hidrógeno a 32 ° F. se encontró que 6,055 pies por segundo, las velocidades a diferentes temperaturas es proporcional a la raíz cuadrada de los números que expresan las temperaturas en la escala termodinámica absoluta. His contribution to the theory of the velocity of sound in air was likewise of great importance, and is distinguished alike for the acuteness of his explanations of the existing causes of error in the work of previous experimenters, and for the accuracy, so far as was required for the purpose in hand, of his own experiments. Su contribución a la teoría de la velocidad del sonido en el aire fue también de gran importancia, y se distingue tanto por la agudeza de sus explicaciones de las causas existentes de error en el trabajo de los experimentadores anteriores, y por la precisión, hasta el momento era tan necesaria para el propósito en la mano, de sus propios experimentos. Su determinación de que el calor específico del aire, presión constante y el calor específico del aire, volumen constante, proporcionó la información necesaria para la toma de la velocidad teórica de Laplace de acuerdo con la velocidad del sonido determinado experimentalmente. Por otra parte, fue capaz de dar cuenta de las discrepancias más desconcertante, que apareció en intento de determinaciones directas de las diferencias entre los dos calores específicos por los experimentadores cuidado. Señaló que en experimentos en los que el aire se le permitió correr con violencia o "explotar" en un vacío, no había una fuente de pérdida de energía que no se había tenido en cuenta, es decir, en el sonido producido por la explosión. De ahí que en los experimentos más cuidadosos, donde se hizo el vacío lo más perfecto posible, y en consecuencia de la explosión más violenta, los resultados fueron en realidad los peores. Con sus explicaciones, la teoría de la materia se hizo bastante completo. Espacio de falla, o que debo mencionar en detalle el Sr. Joule experimentos sobre el magnetismo y electro-imanes, a que se refiere al comienzo de este bosquejo. Él descubrió que el cambio que ahora se celebra de dimensiones producido por la magnetización de hierro dulce por la corriente. El ruido peculiar que acompaña a la magnetización de una barra de hierro por la corriente, a veces llamado el "tick magnético", se explica así. Sr. Joule en galvanómetros mejoras ya han sido mencionados por cierto, y la construcción por lo de los termómetros de precisión se ha hecho referencia. Nunca se debe olvidar que "por primera vez" que se utiliza pequeñas agujas suficiente galvanómetros tangente a error prácticamente anula por falta de uniformidad del campo magnético. De otras mejoras y adiciones a los instrumentos filosóficos se pueden mencionar un termómetro, no afectado por la radiación, para medir la temperatura de la atmósfera, un barómetro de la mejora, una bomba de vacío de mercurio, uno de los primeros de la especie que ahora está haciendo un valioso trabajo como , no sólo en los laboratorios científicos, pero en la fabricación de lámparas incandescentes eléctricas, y un aparato para la determinación de la tierra, la fuerza magnética horizontal en medida absoluta. Aquí este esbozo imperfecto debe cerrar. My limits are already passed. Mis límites ya han pasado. Sr. Joule nunca ha sido en ningún sentido un hombre público, y, de aquellos que conocen su nombre como el del descubridor, que ha dado a la base experimental para la más grande generalización en el conjunto de la ciencia física, muy pocos han visto su rostro . De su carácter privado esto es apenas el lugar para hablar. Sr. Joule se encuentra todavía entre nosotros. Que largo se salvó de trabajar por esa causa a la que ha dado su vida con toda la devoción de corazón que nunca ha sido superado. En junio de 1878, recibió una carta del conde de Beaconsfield anunciando a lo que Su Majestad la Reina se había complacido en concederle una pensión de 200 libras esterlinas por año. Este reconocimiento de su trabajo por su país era un tema de satisfacción tanto al señor Joule. Sr. Joule recibió la Medalla de Oro de la Royal Society en 1852, la Medalla de Oro Copley de la Royal Society en 1870, y la Medalla Albert de la Sociedad de las Artes de la mano del Príncipe de Gales en 1880.