La historia de la investigación científica de Joule
Joule (1818 ~ 1889) fue un inglés, nacido el 24 de diciembre de 1818, en la familia del propietario de una cervecería en Manchester. Elaboraba vino con su padre desde pequeño y nunca fue a la escuela. Sin embargo, Joule era muy inteligente y le gustaba leer. A menudo leía mientras trabajaba y aprendía mucho por sí mismo. Más tarde tuvo la suerte de conocer al famoso químico profesor Dalton y a menudo acudía a él en busca de consejo. A partir de entonces, Joule se interesó por las ciencias naturales, especialmente las ciencias experimentales.
Una vez, Joule y su hermano encontraron un caballo cojo y le pasaron una corriente eléctrica. El caballo saltó locamente después de ser estimulado. Joule observó el tamaño de la corriente y los saltos locos del caballo, diciendo que se trataba de un experimento en el que se utilizaban caballos para observar descargas eléctricas. En otra ocasión, Joule realizó un experimento de eco utilizando el fuerte ruido producido por una pistola de pólvora. Para hacer el sonido más fuerte, cargó tres veces la pólvora en el cañón y las llamas del cañón quemaron las cejas de Joule.
A los 24 años, Joule comenzó a investigar en profundidad la liberación de calor de los conductores cargados. Convirtió una de las casas de su padre en un laboratorio. Siempre que tenía tiempo, entraba al laboratorio y trabajaba sin parar. Joule primero construyó un calentador eléctrico enrollando un cable de resistencia alrededor de un tubo de vidrio. Luego se coloca el calentador eléctrico en una botella de vidrio que contiene una masa conocida de agua. Encienda el calentador eléctrico y comience a cronometrar. Revuelve suavemente el agua con una pluma de ave para igualar la temperatura. Desde un termómetro insertado en el agua se pueden observar los cambios de temperatura del agua en cualquier momento. Al mismo tiempo, se mide la corriente con un galvanómetro. Joule realizó repetidamente este experimento y una gran cantidad de datos le permitió descubrir que el calor generado cuando la corriente pasa a través de un conductor es proporcional al cuadrado de la corriente, proporcional a la resistencia del conductor y proporcional al tiempo de la electricidad. .
Joule escribió esta ley experimental en un artículo "Sobre el calor liberado por conductores metálicos y baterías durante el proceso de electrólisis" y lo publicó en el "British Journal of Philosophy" en 1841. Sin embargo, el artículo no atrajo la atención académica. Porque, a los ojos de algunos estudiosos, la relación entre electricidad y calor no puede ser tan sencilla. Joule es sólo un enólogo sin título universitario. Un año después, Leng Ci, académico de la Academia Rusa de Ciencias en San Petersburgo, también realizó experimentos sobre electricidad y calor y obtuvo los mismos resultados que Joule. El artículo de Joule recibió gran atención y más tarde la gente llamó a esta ley ley de Joule.
La indiferencia y los elogios del mundo exterior no afectaron la búsqueda de la verdad por parte de Joule, y continuó su trabajo experimental. Después de completar el estudio de los efectos térmicos de la corriente eléctrica, Joule realizó experimentos sobre la conversión de trabajo y calor. Joule creía que la energía en la naturaleza no se destruye cuando consume energía mecánica, siempre obtendrá la energía térmica correspondiente. Por tanto, debe existir una relación cuantitativa definida entre trabajo y transferencia de calor. Entonces, ¿cuántos julios de trabajo equivalen a 1 caloría? (Hoy en día, la gente llama a esta relación de conversión el equivalente mecánico del calor). Joule quería encontrar esta relación experimentalmente. Para ello, diseñó cuidadosamente un calorímetro y realizó experimentos utilizando diferentes métodos. En los últimos 40 años a partir de 1843, Joule realizó más de 400 experimentos y finalmente obtuvo un valor más preciso del trabajo térmico equivalente: 1 caloría = 4,15 julios. Aunque este valor es un poco menor que el valor equivalente de calor generalmente aceptado de 1 caloría = 4,18 julios, en las condiciones experimentales de la época ya era algo notable. El valor equivalente del trabajo térmico en julios se ha mantenido sin cambios durante 30 años, lo cual es extremadamente raro en física.
La determinación precisa de Joule del equivalente mecánico del calor demuestra además que la ley de conversión y conservación de la energía es una verdad objetiva irrefutable. La determinación de esta ley no sólo proporciona una base teórica sólida para el desarrollo de las ciencias naturales, sino que también proporciona una base científica sólida para el establecimiento del materialismo dialéctico. En la práctica, llegó a la conclusión final de que la fantasía de crear una máquina de movimiento perpetuo era inalcanzable. En resumen, evita que nos quedemos perdidos ante los complicados y siempre cambiantes fenómenos físicos y proporciona un arma poderosa para que la humanidad comprenda y transforme la naturaleza.
Para conmemorar los grandes logros de este físico, la física nombró a la unidad de trabajo Joule.