Физика
Джеймс Прескотт Джоуль
Биография Великого физика
Выдающиеся новаторские исследования ученого в области термодинамики поставили его в один ряд с самыми яркими представителями научного сообщества разных эпох.
Однако успех сопровождал Джоуля далеко не всегда – долгие годы ему приходилось доказывать состоятельность своих теорий перед скептически настроенными коллегами.
Однако успех сопровождал Джоуля далеко не всегда – долгие годы ему приходилось доказывать состоятельность своих теорий перед скептически настроенными коллегами.
Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль родился в Солфорде близ Манчестера в семье богатого пивовара, в раннем детстве у Джеймса обнаружились нарушения в опорно-двигательном аппарате, что вызвало искривление позвоночника.
Из-за недуга мальчик не ходил в обычную школу, знания он получал от приходящих учителей, в свободное от уроков время помогал отцу на его фабрике.
Получил домашнее образование.
В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования.
Именно под влиянием этого блестящего ученого Джоуль глубоко увлекся исследованиями и посвятил всю дальнейшую биографию изучению различных физических явлений.
Из-за недуга мальчик не ходил в обычную школу, знания он получал от приходящих учителей, в свободное от уроков время помогал отцу на его фабрике.
Получил домашнее образование.
В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования.
Именно под влиянием этого блестящего ученого Джоуль глубоко увлекся исследованиями и посвятил всю дальнейшую биографию изучению различных физических явлений.
Первые опыты молодой изыскатель проводил в подвале своего дома, где ему удалось организовать небольшую лабораторию, позже Джеймс Джоуль стал студентом Манчестерского университета и продолжил постигать науку под руководством видных британских профессоров.
Научная работа
Джеймс рано начал заниматься исследовательской работой, его первые чрезвычайно талантливые труды, посвященные законам электромагнетизма, датируются 1838-1840-ым годами.
Благодаря глубокому изучению магнетизма и воздействия электрического тока юноша изобрел свой первый электродвигатель, параллельно с этим он ставил эксперименты с применением термодинамики и электричества.
Уже в двадцатилетнем возрасте Джоуль заменил паровой двигатель на винокурне своего отца, поставив вместо него электрический - это изобретение позволило в разы сократить экономические издержки и сделать работу предприятия более эффективной.
Джоуль проводил нескончаемые тесты по физике, отыскивая совершенные методы измерения электрических токов, в конечном итоге его труды увенчались успехом.
В 1841-ом году Джеймс открыл закон, который впоследствии был назван именем ученого и описывал зависимость между силой тока и теплом в проводнике, кроме того, что закон произвел должное впечатление на ученых, он остался в веках и в настоящее время известен под названием Закона Джоуля — Ленца.
Благодаря глубокому изучению магнетизма и воздействия электрического тока юноша изобрел свой первый электродвигатель, параллельно с этим он ставил эксперименты с применением термодинамики и электричества.
Уже в двадцатилетнем возрасте Джоуль заменил паровой двигатель на винокурне своего отца, поставив вместо него электрический - это изобретение позволило в разы сократить экономические издержки и сделать работу предприятия более эффективной.
Джоуль проводил нескончаемые тесты по физике, отыскивая совершенные методы измерения электрических токов, в конечном итоге его труды увенчались успехом.
В 1841-ом году Джеймс открыл закон, который впоследствии был назван именем ученого и описывал зависимость между силой тока и теплом в проводнике, кроме того, что закон произвел должное впечатление на ученых, он остался в веках и в настоящее время известен под названием Закона Джоуля — Ленца.
Закон Джоуля - Ленца
Знаменитый закон Джоуля был открыт в ходе долгих исследований тепла, выделяемого в электрических цепях.
Правило было сформулировано в результате опытов двух ученых — англичанина Джеймса Прескотта Джоуля и российского физика Эмилия Христиановича Ленца.
Поскольку ученые работали независимо друг от друга, новый закон назвали двойным именем.
Джеймс заметил, что во время прохождения электрического тока по проводнику температура заметно повышается, благодаря этому закону мы можем легко вычислить количество тепловой энергии, выделяемой проходящим через сопротивление электрическим током.
Правило было сформулировано в результате опытов двух ученых — англичанина Джеймса Прескотта Джоуля и российского физика Эмилия Христиановича Ленца.
Поскольку ученые работали независимо друг от друга, новый закон назвали двойным именем.
Джеймс заметил, что во время прохождения электрического тока по проводнику температура заметно повышается, благодаря этому закону мы можем легко вычислить количество тепловой энергии, выделяемой проходящим через сопротивление электрическим током.
Закон Джоуля-Ленца кратко: нагревание проводника или полупроводника прямо пропорционально его сопротивлению, времени действия тока и квадрату силы тока.
Поскольку сопротивление проводника определяют такие характеристики, как его длина, площадь и проводимость, верны следующие утверждения:
Это легко проиллюстрировать, подключив к источнику питания две лампы с разным сопротивлением вначале последовательно, а после — параллельно.
При последовательном подключении лампа с большим сопротивлением будет светить ярче, а при параллельном — наоборот.
- количество теплоты в проводнике снижается при увеличении площади его сечения;
- тепловой эффект снижается при уменьшении длины проводника.
Это легко проиллюстрировать, подключив к источнику питания две лампы с разным сопротивлением вначале последовательно, а после — параллельно.
При последовательном подключении лампа с большим сопротивлением будет светить ярче, а при параллельном — наоборот.
Уравнение Джоуля - Ленца
Посмотрим, как данный закон выражается в математическом виде.
Допустим, на некоем участке цепи проходит электрический ток и вызывает нагревание проводника, если на этом участке нет каких-либо механических процессов или химических реакций, требующих энергозатрат, выделенная проводником теплота Q равна работе тока A.
Поскольку А = IUt, где I — сила тока, U — напряжение, а t — время, Q = IUt.
Теперь вспомним, что напряжение можно выразить через сопротивление и силу тока U = IR, подставим это в формулу:
Мы выразили количество теплоты в проводнике через сопротивление — эта формула для закона Джоуля-Ленца называется интегральной.
Но бывает так, что сила электрического тока неизвестна, зато есть информация о напряжении на участке цепи, в таком случае нужно использовать закон Ома:
Допустим, на некоем участке цепи проходит электрический ток и вызывает нагревание проводника, если на этом участке нет каких-либо механических процессов или химических реакций, требующих энергозатрат, выделенная проводником теплота Q равна работе тока A.
Q = A
Поскольку А = IUt, где I — сила тока, U — напряжение, а t — время, Q = IUt.
Теперь вспомним, что напряжение можно выразить через сопротивление и силу тока U = IR, подставим это в формулу:
Q = IUt = I(IR)t = I2Rt
Q = I2Rt
Мы выразили количество теплоты в проводнике через сопротивление — эта формула для закона Джоуля-Ленца называется интегральной.
Но бывает так, что сила электрического тока неизвестна, зато есть информация о напряжении на участке цепи, в таком случае нужно использовать закон Ома:
I = U/R
При расчетах используют следующие единицы измерения:
- Количество тепла Q— в джоулях (Дж);
- Силу тока I — в амперах (А);
- Сопротивление R — в омах (Ом);
- Время t — в секундах.
