В честь этого британского физика названа единица измерения всех видов энергии: джоуль. Джеймс Прескотт Джоуль (Joule) обосновал на опытах закон сохранения энергии, вывел закон, определяющий тепловое действие электрического тока и первым вычислил скорость движения молекул газа, правильно установив ее зависимость от температуры.
Джеймс Джоуль родился 24 декабря 1818 года в семье богатого пивовара из города Солфорд недалеко от Манчестера. В число его домашних учителей входил известный физик и химик Джон Дальтон. В Манчестерской ратуше сегодня памятник Джоулю работы скульптора Альфреда Гилберта установлен прямо напротив памятника Дальтону.
С 15 лет парня отправили работать на пивоваренный завод. До 1854 года (параллельно с научными изысканиями) он участвовал в управлении предприятием, покуда оно не было продано. Собственно, первые экспериментальные исследования Джоуля и были связаны с пивоварней: в 1837 году он заинтересовался возможностью замены паровых машин предприятия на электрические. Он даже опубликовал в научном журнале «Анналы электричества» (организованном изобретателем электродвигателя Стёрдженом) собственную работу по устройству электромагнитного двигателя.
В 1840 году Джоуль обнаружил эффект магнитного насыщения при намагничивании ферромагнетиков и в течение следующих пяти лет экспериментально изучал электромагнитные явления, а в 1842 году открыл явление магнитострикции. заключающееся в изменении размеров и объёма тела при изменении его состояния намагниченности.
Стёрджен открыл в Манчестере коммерческое выставочно-образовательное учреждение Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science («Галерея поощрения практических наук») и пригласил в качестве первого лектора Джеймса Джоуля.
Под влиянием работ Майкла Фарадея Джоуль обратился к изучению тепловых эффектов тока, результатом чего стало открытие закона, который в русскоязычной литературе носит сейчас название «закон Джоуля – Ленца», поскольку годом позже русский физик Ленц независимо от Джоуля открыл этот закон. Изыскивая лучшие способы измерения электрических токов, Джеймс Джоуль установил квадратичную зависимость между силой тока и выделенным этим током в проводнике количеством теплоты.
Открытие не было оценено Лондонским королевским обществом, и работу удалось опубликовать лишь в периодическом журнале Манчестерского литературного и философского общества. Двадцать лет спустя ученый был избран почетным президентом этого общества.
В 1847 году Джоуль знакомится с бароном Кельвином (тем самым, именем которого названа альтернативная Фаренгейту и Цельсию шкала температур) и начинает плодотворное с ним сотрудничество. Во многом представления Кельвина о молекулярно-кинетической теории сформировались под влиянием Джоуля. Эффект изменения температуры газа при адиабатическом дросселировании, известный как эффект Джоуля — Томсона, стал впоследствии одним из основных методов получения сверхнизких температур, тем самым способствовав появлению физики низких температур как отрасли естествознания.
Вторая наиболее значимая работа Джеймса Джоуля была опубликована в «Философских трудах Королевского общества»: для объяснения тепловых эффектов при повышении давления физик предложил модель газа как состоящего из микроскопических упругих шариков, столкновение которых со стенками сосуда и создаёт давление. Скорость «упругих шариков» водорода он оценил в 1850 м/c. Хотя в работе 1848 года впоследствии были выявлены серьёзные изъяны, она оказала значительное влияние на становление термодинамики – в том числе, идейно перекликаясь с работами Ван-дер-Ваальса начала 1870-х годов по моделированию реального газа.
К концу 1840-х годов работы Джоуля получают всеобщее признание в научном сообществе, и в 1850 году его избирают действительным членом Лондонского королевского общества. Ученый публикует большую серию статей о совершенствовании электрических измерений, предлагая конструкции вольтметров, гальванометров, амперметров, обеспечивающие высокую точность измерений. В 1852 году он был удостоен золотой медали Лондонского королевского общества за работы по количественному эквиваленту тепла.
В течение всей научной практики Джоуль уделял значительное внимание экспериментальной технике, позволяющей получать высокоточные результаты.
На начальных этапах деятельности Джоуль ставил эксперименты и занимался исследованиями исключительно на собственные средства, однако после продажи пивоварни в 1854 году его материальное положение постепенно ухудшилось, и ученому пришлось пользоваться финансированием различных научных организаций. В 1859 году он исследует термодинамические свойства твёрдых тел, измеряя тепловой эффект при деформациях, и отмечает нестандартные по сравнению с другими материалами свойства каучука. Джоуль интересуется природными явлениями, предлагая возможные объяснения природы атмосферных гроз, метеоритов, миражей. Также Джоуль исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия, при сжатии газа и т.д. Все эти опыты привели ученого к количественному обоснованию закона сохранения энергии — о котором до того говорили такие ученые, как Рене Декарт, Готфрид Лейбниц, Михайло Ломоносов, Сади Карно и Жозеф Гей-Люссак.
Интересно, что кроме признания в качестве физика, Джеймс Джоуль получил научные степени доктора права дублинского Тринити-колледжа (1857), доктора гражданского права (англ. DCL) Оксфордского университета (1860) и доктора права (LL.D.) Эдинбургского университета (1871).
В 1866 году Джоулю присуждена медаль Копли, в 1880 году — медаль Альберта. В 1872 и 1877 годах он дважды избирался президентом Британской научной ассоциации (англ. British Association for the Advancement of Science). В 1878 году правительством ему была назначена пожизненная пенсия в 215 фунтов.
На втором Международном конгрессе электриков, проходившем в 1889 году — год смерти Джоуля, — его именем была названа унифицированная единица измерения работы, энергии, количества теплоты, для которой не требовался коэффициент перехода между механической работой и теплом (механический эквивалент тепла), ставшая одной из производных единиц СИ с собственным именем.
В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Джеймса Джоуля кратеру на обратной стороне Луны.
Читайте также статью Анатолия Харченко «Самое опасное заблуждение в термоядерной энергетике»