제임스 프레스콧 줄

James Prescott Joule
제임스 프레스콧 줄

FRS 프리즈
Joule James sitting.jpg
태어난(1818-12-24) 1818년 12월 24일
영국, 랭커셔 주, 샐포드
죽은1889년 10월 11일(1889-10-11) (70세)
영국 체셔 주, 세일
시민권영국의
로 알려져 있다열량 이론의 반증
열역학 제1법칙
열의 기계적 등가
자기 변형
줄 주기
줄 효과
줄 확장
줄 제1법칙
줄 제2법칙
줄-톰슨 효과
배우자
아멜리아 그라임스
(m.1847년, 1854년 사망)
아이들.벤자민 아서
앨리스 아멜리아
핸리다.
어워드왕실 훈장 (1852)
코플리 메달 (1870)
앨버트 메달 (1880)
과학 경력
필드물리
영향존 달튼
존 데이비스
1842년 제임스 줄에 의해 켈빈에게 전달된 전기 모터.헌터 박물관, 글래스고
기사 정보
전자기학
Solenoid
정전학
자기 정전기
전기역학
전기 네트워크
공변량 공식
과학자

제임스 프레스콧 줄 FRSE(James Prescott Joule FRSE,[1][2][a] 1818년 12월 24일 ~ 1889년 10월 11일)는 영국의 물리학자, 수학자, 양조업자이다.Joule은 열의 성질을 연구했고, 열의 기계적 작용과의 관계를 발견했습니다(에너지 참조).이것은 에너지 보존의 법칙으로 이어졌고, 이는 다시 열역학 제1법칙의 발전으로 이어졌다.SI 유도 에너지 단위인 줄(joule)은 그의 이름을 따서 지어졌다.

그는 켈빈 경과 함께 절대 열역학적 온도 척도를 개발하기 위해 일했는데, 켈빈 척도로 불리게 되었다.Joule은 또한 자기저항을 관찰했고, 그는 저항을 통한 전류와 방열 사이의 관계를 발견했는데, 이것은 Joule의 제1법칙이라고도 불린다.에너지 변환에 대한 그의 실험은 1843년에 처음 출판되었다.

초년

James Joule은 1818년 부유한 양조업자 Benjamin Joule과 그의 아내 Alice Prescott의 아들로 Salford의 New Bailey [3]Street에서 태어났습니다.줄은 젊은 시절 유명한 과학자 존 달튼의 지도를 받았고 화학자 윌리엄 헨리와 맨체스터 엔지니어 피터 유와트, 이튼 호지킨슨에게 강한 영향을 받았다.그는 전기에 매료되었고, 그와 그의 남동생은 서로와 가족의 [4]하인들에게 전기 충격을 주는 실험을 했다.

성인이 되었을 때, 줄은 양조장을 관리했습니다.과학은 단지 진지한 취미였다.1840년경, 그는 양조장의 증기 엔진을 새로 발명된 전기 모터로 대체할 가능성에 대해 조사하기 시작했다.이 주제에 관한 그의 첫 번째 과학 논문은 윌리엄 스터전의 전기 연보에 기고되었다.Joule은 Sturgeon과 다른 사람들에 의해 설립된 London Electric Society의 회원이었다.

그는 선택지의 경제성을 수치화하려는 사업가의 욕망과 과학적 탐구심 때문에 어느 쪽이 더 효율적인지를 결정하기 시작했다.그는 1841년 볼타 전류의 적절한 작용에 의해 발생하는 열은 [5]전류의 강도에 대한 저항과 비례한다는 줄의 첫 번째 법칙을 발견했습니다.그는 증기기관에서 1파운드의 석탄을 태우는 것이 전기 배터리에서 소비되는 값비싼 아연 파운드보다 더 경제적이라는 것을 깨달았다.Joule은 1파운드 무게의 질량을 1피트의 높이로 끌어올리는 능력, 즉 피트 파운드라는 공통 기준의 관점에서 다른 방법의 결과물을 포착했습니다.

하지만, Joule의 관심은 좁은 재정 문제에서 주어진 원천에서 얼마나 많은 작업을 추출할 수 있는지에 대한 문제로 전환되었고, 그로 인해 그는 에너지의 전환 가능성에 대해 추측하게 되었다.1843년에 그는 1841년에 정량화한 발열 효과가 도체 내의 열 발생에 의한 것이지 장비의 다른 부분으로부터의 열 전달에 의한 것이 아니라는 실험 결과를 발표했다.이것은 열이 생성되거나 파괴될 수 없다는 열량 이론에 대한 직접적인 도전이었다.열량 이론은 1783년 앙투안 라부아지에 의해 소개된 이후 열 과학에서 생각을 지배해 왔다.라부아지에의 명성과 1824년 이후 사디 카르노의 열기관 열량 이론의 실질적인 성공은 학계나 공학계 밖에서 일하는 젊은 줄에게 어려운 길을 열어주었다.열량 이론의 지지자들은 열과 전류가 적어도 가역적인 과정으로 변환될 수 있다고 주장하기 위해 펠티에-제벡 효과의 대칭성을 쉽게 지적했다.

열의 기계적 등가

그의 전기 모터로 추가적인 실험과 측정을 통해 Joule은 1그램의 물의 온도를 1 켈빈 [b]상승시키기 위해 작업의 칼로리 당 4.1868줄로 열의 기계적 당량을 추정하게 되었습니다.그는 1843년 8월 코크에서 열린 영국과학진보협회 화학부문 회의에서 그의 결과를 발표했고 침묵을 [7]지켰다.

Joule은 굴하지 않고 순수하게 기계적으로 일을 열로 바꾸는 시연을 모색하기 시작했다.구멍이 뚫린 실린더를 통해 물을 강제로 통과시킴으로써, 그는 유체의 약간의 점성이 있는 열을 측정할 수 있었다.그는 영국 열 단위당 770피트(약 4,140J/Cal)의 기계적 힘을 얻었습니다.전기 및 순수 기계 수단에 의해 얻어진 값이 적어도 하나의 규모 순서와 일치한다는 사실은 Joule에게 작업의 열 전환성의 현실성을 보여주는 설득력 있는 증거였다.

기계적 힘이 사용되는 곳이라면 항상 정확한 열량을 얻을 수 있습니다.

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이제 Joule은 세 번째 경로를 시도했다.그는 가스를 압축하는 작업에 대해 발생하는 열을 측정했다.그는 영국 열 단위당 798피트-파운드 힘(4,290J/Cal)의 기계적 등가물을 얻었다.많은 면에서, 이 실험은 줄의 비평가들에게 가장 쉬운 표적을 제공했지만, 줄은 영리한 실험으로 예상된 반대 의견을 없앴다.줄은 [8][9]1844년 6월 20일 왕립학회에 그의 논문을 읽었지만, 왕립학회에 의해 그의 논문은 출판을 거부당했고 [10]1845년 철학 잡지에 게재되는 것에 만족해야 했다.신문에서 그는 카르노와 에밀 클라피론의 열량 추론을 거부했는데, 이는 부분적으로 신학적으로 추진된 거부였다.

나는 이 이론이 ...라고 생각한다.는 인식된 철학의 원리에 반하는 것으로, 기기의 부적절한 배치에 의해 가시적인 비바가 파괴될 수 있다는 결론에 이르기 때문입니다.따라서 Clapeyron씨는 '화재의 온도가 보일러 온도보다 1000°C에서 2000°C 더 높으면 용해로에서 보일러로 열을 전달하는 과정에서 엄청난 시각 손실이 발생한다.'고 추론합니다. 파괴하는 힘은 창조주 혼자만의 것이라고 믿으며, 수행될 때, 데마(dema)라는 이론을 단언합니다.nds 힘의 소멸은 필연적으로 오류입니다.

여기서 Joule은 vis viva (에너지)의 언어를 채택하고 있는데, 아마도 Hodgkinson이 1844년 4월에 문학 및 철학 협회에 대한 이워트의 "힘의 척도에 대하여"의 리뷰를 읽었기 때문일 것이다.

Joule은 1844년 논문에서 다음과 같이 썼다.

...자기 전기 기계를 회전시킬 때 가해지는 기계적 힘은 유도 전류가 코일을 통과함으로써 발생하는 열로 변환되며, 다른 한편으로 전자 엔진의 구동력은 작동하는 배터리의 화학 반응에 의한 열을 희생하여 얻어진다..

1845년 6월, 줄은 [11]캠브리지에서 열린 영국 협회 회의에 대한 그의 논문을 읽었습니다.이 작품에서, 그는 온도를 높인 단열된 물통에서 패들 휠을 회전시키기 위해 중력이 기계적인 역할을 하는 낙하 중량을 사용하는 것과 관련된 그의 가장 잘 알려진 실험을 보고했다.그는 이제 영국의 열 단위당 819피트힘(4,404J/Cal)에 해당하는 기계적 힘을 추정했다.그는 1845년 9월에 발간된 철학 잡지에 그의 [12]실험을 설명하는 편지를 썼다.

줄 열기구, 1845년

1850년에 Joule은 영국 열 단위당 772.692피트힘(4,150J/Cal)의 정교한 측정치를 발표했는데, 이는 20세기 [13]추정치에 가까운 수치입니다.

접수 및 우선순위

열의 기계적 당량을 측정하는 줄의 장치
메이어와의 우선순위 논쟁은 열의 기계적 등가 priority 우선순위를 참조하십시오.

Joule의 작업에 대한 초기 저항의 대부분은 극도로 정밀하게 측정되는 것에 의존하는 것에서 비롯되었다.그는 그 안에서 온도를 측정할 수 있다고 주장했다.화씨 1도 (3mK)그러한 정밀도는 현대 실험 물리학에서는 확실히 드물었지만, 그의 의심자들은 양조 기술에 대한 그의 경험과 실제 [14]기술에 대한 접근을 소홀히 했을지도 모른다.그는 또한 과학 기구 제작자인 존 벤자민 댄서의 훌륭한 지원을 받았다.줄의 실험은 일부 사람들에 의해 에너지 개념의 공동창출자로 여겨지는 루돌프 클라우시우스의 이론적 작업을 보완했다.

줄은 열의 운동 이론을 제안하고 있었고, 이것은 개념적인 도약을 필요로 했습니다: 만약 열이 분자 운동의 한 형태였다면, 왜 분자의 운동은 점차 사라지지 않았을까요?Joule의 생각은 분자들의 충돌이 완벽하게 탄력적이라는 것을 믿을 것을 요구했습니다.중요한 것은 원자와 분자의 존재 자체가 50년 동안 널리 받아들여지지 않았다는 것이다.

오늘날 칼로리 이론의 매력을 이해하는 것은 어려울지 모르지만, 그 당시에는 분명한 장점이 있는 것처럼 보였다.카르노의 성공적인 열기관 이론은 또한 칼로리 가정에 기초했고, 후에야 켈빈 경에 의해 카르노의 수학이 칼로리 유체를 가정하지 않고 동등하게 유효하다는 것이 증명되었다.

하지만 독일에서 헤르만 헬름홀츠는 줄의 작품과 줄리어스 로버트 폰 메이어의 1842년 작품 모두를 알게 되었다.비록 두 사람 모두 각각의 출판물 이후로 무시당했지만, 헬름홀츠의 에너지 보존에 대한 최종적인 1847년 선언은 두 사람 모두의 공로를 인정했습니다.

또한 1847년 옥스포드에 있는 영국 협회에서 열린 줄의 또 다른 발표에는 조지 가브리엘 스톡스, 마이클 패러데이, 그리고 후에 글래스고 대학의 자연철학 교수로 임명된 조숙하고 독불장군 윌리엄 톰슨 경이 참석했다.스톡스는 "줄리파"가 되고 싶었고 패러데이는 의심을 품었지만 "그것에 크게 놀랐다"고 말했다.톰슨은 호기심이 많았지만 회의적이었다.

예상치 못한 Thomson과 Joule은 그해 말 Chamonix에서 만났습니다.줄은 8월 18일 아멜리아 그라임스와 결혼했고 그 커플은 신혼여행을 떠났다.결혼에 대한 열정에도 불구하고, 줄과 톰슨은 며칠 후에 캐스케이드 드 살랑쉬 폭포의 꼭대기와 바닥 사이의 온도 차이를 측정하기 위한 실험을 시도하기로 주선했지만, 이것은 결국 비현실적인 것으로 판명되었다.

톰슨은 줄의 결과가 이론적인 설명을 요구한다고 느꼈지만, 카르노 클라피론 학파를 적극적으로 옹호하는 쪽으로 후퇴했다.절대 온도에 대한 그의 1848년 설명에서, 톰슨은 "열(또는 열량)을 기계적 효과로 변환하는 것은 아마도 불가능할 것이며,[15][16] 확실히 발견되지 않았다"고 썼지만, 각주는 줄의 "매우 주목할 만한 발견"을 언급하며 열량 이론에 대한 그의 첫 번째 의문을 나타냈다.놀랍게도, 톰슨은 줄에게 그의 논문 사본을 보내지 않았지만, 줄은 결국 그것을 읽었을 때 10월 6일 톰슨에게 편지를 썼고, 그의 연구는 열이 작업으로 전환되는 것을 증명했지만 그는 더 많은 실험을 계획하고 있다고 주장했다.톰슨은 27일 자신이 직접 실험을 계획하고 있으며 두 사람의 견해가 일치하기를 바란다고 답했다.톰슨은 새로운 실험을 하지 않았지만, 이후 2년 동안 카르노의 이론에 점점 더 불만을 품게 되었고 줄의 이론을 확신하게 되었다.톰슨은 1851년에 발표한 논문에서 "열의 원동력에 대한 전체 이론은 각각 줄과 카르노와 클라우시우스에게 기인한 두 가지 명제에 기초한다"고 선언하였다.

Joule은 논문을 읽자마자 Thomson에게 그의 논평과 질문을 써 보냈다.그래서 비록 서한이지만 두 사람 사이에 결실 있는 협업이 시작되었고, 줄은 실험을 수행하고, 톰슨은 결과를 분석하고 더 많은 실험을 제안했다.그 공동작업은 1852년부터 1856년까지 지속되었고, 그 발견은 줄-을 포함했다.톰슨 효과와 발표된 결과는 줄의 연구와 운동 이론에 대한 일반적인 수용을 이끌어내는데 큰 역할을 했다.

운동 이론

제임스 프레스콧 줄

운동학은 운동의 과학이다.Joule은 Dalton의 제자였고, 그가 원자론에 대한 확고한 믿음을 배웠다는 것은 놀랄 일이 아니다. 비록 그 시대의 많은 과학자들이 여전히 회의적이었음에도 불구하고 말이다.그는 또한 존 헤라패스의 가스 운동 이론에 대한 무시된 연구에 수용적인 몇 안 되는 사람들 중 한 명이었다.그는 1813년 피터 유워트의 움직이는 힘의 측정에 관한 논문에서 더욱 깊은 영향을 받았다.

Joule은 그의 발견과 열의 운동 이론 사이의 관계를 인지했다.그의 실험실 수첩을 보면 그는 열이 번역운동이 아니라 회전운동의 한 형태라고 믿었다고 한다.

줄은 프랜시스 베이컨, 아이작 뉴턴 경, 존 로크, 벤자민 톰슨 (럼포드 백작), 험프리 데이비 경에서 그의 견해들의 선례를 발견하지 않을 수 없었다.그러한 견해는 정당하지만, Joule은 Rumford의 출판물에서 1,034피트 파운드의 열에 대한 기계적 등가값을 추정했다.일부 현대 작가들은 Rumford의 실험이 체계적인 정량적 측정을 나타내지 않는다는 이유로 이 접근방식을 비판해왔다.그의 개인적인 메모 중 하나에서, 줄은 메이어가 자신의 작품을 기대하지 않았다는 희망에서 메이어의 측정이 럼포드의 측정보다 정확하지 않았다고 주장한다.

줄은 1869년 맨체스터 문학 철학 협회에 보낸 편지에서 석양 녹색 섬광 현상을 설명한 것으로 알려져 있다. 사실 그는 [17]현상의 원인을 설명하려고 하지 않고 마지막 일별을 (스케치를 통해) 푸른 녹색으로만 언급했다.

출판물

명예

맨체스터 시청에 있는 줄의 동상
브루클랜드 묘지에 있는 줄의 묘비, 세일

Joule은 Sale의 집에서[18] 죽었고 그곳의 Brooklands 공동묘지에 묻혔다.그의 묘비에는 1878년에 측정한 열 역학적 측정치인 "772.55"라는 숫자가 새겨져 있는데, 그는 1파운드의 물의 온도를 60°F에서 61°F로 올리기 위해 해수면에서 이 정도의 작업량을 소비해야 한다는 것을 발견했다.요한복음에는 "낮에 나를 보내신 분의 일을 해야 한다.아무도 [John 9:4]일할 수 없는 밤이 온다"는 구절도 있다.그의 죽음의 마을인 세일에 있는 웨더스푼의 술집은 그의 이름을 따서 "The J. P. Joule"로 명명되었다.

Joule의 많은 영예와 표창은 다음과 같습니다.

웨스트민스터 [20]사원의 북쪽 성가대 통로에는 줄에 대한 기념비가 있지만, 일부 전기에서 말하는 것과 달리 그는 그곳에 묻히지 않았습니다.알프레드 길버트의 줄 동상이 달튼의 반대편인 맨체스터 시청에 서 있다.

가족

1847년, 줄은 아멜리아 그라임스와 결혼했다.줄은 그들의 [3]결혼 7년 후인 1854년 그녀가 죽자 홀아비가 되었다.그들은 세 명의 자녀를 두었습니다: 아들 벤자민 아서 줄 (1850–1922), 딸 앨리스 아멜리아 (1852–1899) 그리고 차남 조 (1854년생, 3주 [21]후에 사망)

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

각주

  1. ^ OED: "이 이름을 가진 사람들은 스스로를 . (daall)라고 부르기도 하고 (də)l) (/d themoʊl/의 OED 형식)이라고 부르기도 하지만, J. P. Joule (및 적어도 그의 친척들 중 일부는) (duu)l)을 사용한 것은 거의 확실합니다."
  2. ^ 줄의 단위는 1ft lbf/Btu로 5.3803×10−3 J/cal에 해당합니다.따라서 줄의 추정치는 4.15J/cal로, 20세기 초에 받아들여진 4.1860J[6]/cal과 비교된다.

인용문

  1. ^ 머레이 1901, 페이지 606
  2. ^ 알렌 1943, 페이지 354
  3. ^ a b 전기 색인 2006.
  4. ^ "This Month Physics History: December 1840: Joule's abstract on converting mechanical power into heat".
  5. ^ 줄 1841쪽 260쪽
  6. ^ 제만스키 1968, 페이지 86
  7. ^ 줄 1843, 페이지 263, 347 & 435
  8. ^ 1844년 줄
  9. ^ 1884년 줄, 페이지 171
  10. ^ 줄 1845, 페이지 369-383.
  11. ^ 줄 1845b, 페이지 31
  12. ^ Joule 1845c, 페이지 205–207.
  13. ^ 줄 1850, 페이지 61-82
  14. ^ 1995년 시범.
  15. ^ 톰슨 1848년
  16. ^ 톰슨 1882, 페이지 100–106.
  17. ^ 1884년 줄, 페이지 606
  18. ^ GRO 사망등록부: 1889년 12월 8a 121 ARTRINCHAM – James Pres
  19. ^ Cameron, Stuart D (n.d.). "Honorary Members and Fellows". Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland. Retrieved 17 September 2019.
  20. ^ 1966년, 페이지 62
  21. ^ 카드웰 1991, 페이지 322

원천

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전문 협회 및 학회
선행 맨체스터 문학 철학회 회장
1860–62		 에 의해 성공자
선행 맨체스터 문학 철학회 회장
1868–70		 에 의해 성공자
선행 맨체스터 문학 철학회 회장
1872–74		 에 의해 성공자
선행 맨체스터 문학 철학회 회장
1878–80		 에 의해 성공자
선행
존 홀트 스탠웨이
 맨체스터 문학 철학 협회 간사
1846–50		 에 의해 성공자