James Prescott Joule para niños
Datos para niños James Prescott Joule |
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 James Prescott Joule.
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| Información personal | ||
| Nacimiento | 24 de diciembre de 1818 Salford (Reino Unido de Gran Bretaña e Irlanda) |
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| Fallecimiento | 11 de octubre de 1889 Sale (Reino Unido) |
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| Sepultura | Brooklands | |
| Nacionalidad | Británico | |
| Familia | ||
| Padres | Benjamin Joule Alice Prescott |
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| Cónyuge | Amelia Grimes | |
| Educación | ||
| Educado en | Universidad de Mánchester | |
| Alumno de | John Dalton | |
| Información profesional | ||
| Ocupación | Físico | |
| Área | Químico y física | |
| Cargos ocupados |
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| Obras notables | termodinámica | |
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| Distinciones |
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James Prescott Joule (nacido el 24 de diciembre de 1818 en Salford, Reino Unido y fallecido el 11 de octubre de 1889) fue un físico inglés muy importante. Es conocido por sus estudios sobre la termodinámica, que es la ciencia que estudia el calor y la energía.
Joule descubrió cómo el calor se relaciona con el trabajo mecánico. Esto lo llevó a desarrollar la teoría de la energía. En su honor, la unidad internacional de energía, calor y trabajo se llama joule. También trabajó con lord Kelvin para crear la escala de temperatura absoluta. Hizo importantes observaciones sobre la termodinámica (conocidas como el efecto Joule-Thomson) y encontró una relación entre la corriente eléctrica que pasa por una resistencia y el calor que se produce, lo que hoy conocemos como la ley de Joule.
Después de muchos experimentos, Joule calculó el valor numérico de cuánto trabajo mecánico se necesita para producir una cierta cantidad de calor. También ayudó a explicar la teoría cinética de los gases, que describe cómo se mueven las partículas de un gas. Se le considera uno de los últimos científicos autodidactas que hizo grandes aportaciones a la ciencia.
Contenido
Biografía de James Prescott Joule
James Prescott Joule era hijo de Benjamin Joule, dueño de una fábrica de cerveza. Era una persona tímida y humilde. Recibió clases particulares de física y matemáticas en su casa. Su profesor fue el famoso químico británico John Dalton.
Joule combinaba sus estudios con el trabajo en la fábrica de cerveza de su padre, la cual llegó a dirigir. Dalton lo animó a investigar en ciencia. Joule hizo sus primeros experimentos en un laboratorio cerca de la fábrica. También estudió en la Universidad de Mánchester.
Primeros Pasos en la Ciencia
Joule solo recibió dos años de educación formal en aritmética y geometría antes de que Dalton se retirara por problemas de salud. Sin embargo, Dalton y otros científicos como William Henry y los ingenieros Peter Ewart y Eaton Hodgkinson influyeron mucho en él. Más tarde, John Davies también fue su maestro.
A Joule le fascinaba la electricidad. Él y su hermano hacían experimentos con corrientes eléctricas. En 1838, publicó sus primeros trabajos sobre electricidad en la revista Annals of Electricity.
Descubrimientos Iniciales y Reconocimiento
En 1840, Joule descubrió la ley de Joule. Intentó presentar sus hallazgos a la Royal Society, una importante sociedad científica, pero al principio no lo tomaron muy en serio. Cuando William Sturgeon, otro científico, se mudó a Mánchester en 1840, Joule y él se convirtieron en el centro de un grupo de pensadores en la ciudad. Ambos creían que la ciencia y la teología debían estar conectadas. Joule también dio clases en la Royal Victoria Gallery of Practical Science de Sturgeon.
Joule descubrió que quemar una libra de carbón en una máquina de vapor producía cinco veces más trabajo que usar una libra de zinc en una Celda de Grove (una batería antigua). La unidad de trabajo que usaba Joule era la capacidad de levantar una libra de peso a la altura de un pie.
Joule fue influenciado por las ideas de Franz Aepinus. Intentó explicar la electricidad y el magnetismo usando la idea de átomos rodeados por un "éter calorífico en vibración".
La Transformación de la Energía
El interés de Joule cambió de solo buscar la eficiencia a entender cómo se transforma la energía. En 1843, publicó experimentos que mostraban que el calor que había medido en 1841 se generaba en el conductor eléctrico. Esto desafiaba la teoría del calórico, que decía que el calor no se podía crear ni destruir. La teoría del calórico era muy popular gracias a científicos como Antoine Lavoisier y Sadi Carnot. Para el joven Joule, que no trabajaba en una universidad, fue difícil que aceptaran sus ideas.
En junio de 1844, su padre le construyó un laboratorio cerca de su casa. Joule mantuvo una relación cercana con la Manchester Literary and Philosophical Society. Fue miembro, bibliotecario, secretario honorario, vicepresidente y, finalmente, presidente de esta sociedad varias veces.
¿Qué es el Equivalente Mecánico del Calor?
En 1845, Joule escribió que el trabajo mecánico al hacer girar una máquina se convierte en calor. También dijo que la energía de un motor se obtiene a partir del calor producido por las reacciones químicas de la batería que lo alimenta.
Joule realizó más experimentos y calculó que el equivalente mecánico del calor era de 838 pies-libra para aumentar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit. Presentó sus resultados en una reunión científica en Cork en 1843, pero no recibió mucha atención.
Joule no se rindió y buscó una forma puramente mecánica de demostrar que el trabajo se convierte en calor. Hizo pasar agua por un cilindro con agujeros y midió el pequeño aumento de temperatura debido a la fricción. Obtuvo un valor de 770 pies-libra por UTB (4,14 J/cal). El hecho de que los valores obtenidos por métodos eléctricos y mecánicos fueran similares fue una prueba importante para Joule de que el trabajo se transforma en calor.
También probó un tercer método: midió el calor generado al comprimir un gas. Obtuvo un valor de 823 pies-libra (4,43 J/cal). Aunque este experimento fue criticado, Joule respondió a las objeciones con experimentos inteligentes. Sin embargo, la Royal Society rechazó su trabajo, y tuvo que publicarlo en la Philosophical Magazine. En este trabajo, Joule mostró su desacuerdo con la teoría del calórico y también sus motivaciones personales. Él creía que solo un Creador podía destruir la energía, y que cualquier teoría que dijera que la fuerza se podía aniquilar estaba equivocada.
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En 1845, Joule presentó su trabajo Sobre el equivalente mecánico del calor en una reunión en Cambridge. Allí explicó su experimento más famoso: usó un peso que caía para hacer girar una rueda en un recipiente con agua aislada, y midió el aumento de temperatura del agua. Su nueva estimación fue de 819 pies-libra/BTU (4.41 J/cal).
En 1850, Joule publicó una medida más precisa: 772,692 pies-libra/BTU (4,159 J/cal), muy cerca de los valores aceptados hoy en día.
La Teoría Cinética de los Gases
La cinética es la rama de la ciencia que estudia el movimiento. Como alumno de Dalton, Joule creía firmemente en la teoría atómica, aunque muchos científicos de su época aún dudaban. También fue uno de los pocos que aceptó las ideas de John Herapath sobre la teoría cinética de los gases.
Joule vio la conexión entre sus descubrimientos y la teoría cinética del calor. Sus notas de laboratorio muestran que creía que el calor era una forma de movimiento, más de rotación que de traslación.
Joule también buscó antecedentes de sus ideas en los trabajos de Francis Bacon, Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson y Humphry Davy.
Reconocimientos y Legado
A partir de 1872, la salud de Joule se debilitó. Vivió tranquilamente en su casa en Sale hasta su muerte el 11 de octubre de 1889. Fue enterrado en el cementerio de Brooklands. Su lápida tiene la inscripción "772,75", que fue su medida más precisa del equivalente mecánico del calor (1878).
A lo largo de su vida, Joule recibió muchos honores de Inglaterra y otros países. Fue elegido miembro de la Royal Society en 1850. En 1852, recibió la Royal Medal por su investigación. En 1860, le otorgaron la Medalla Copley por los mismos experimentos. Varias universidades le dieron títulos honoríficos, como la Trinity College Dublin (1857) y la Universidad de Oxford (1860). En 1878, recibió una pensión anual por sus servicios a la ciencia, y en 1880, el príncipe de Gales Eduardo VII le entregó la Albert Medal.
Hay dos retratos al óleo de James Prescott Joule. Uno está en la Manchester Literary and Philosophical Society y fue pintado por George Patten en 1863. El otro es propiedad de la Royal Society y fue hecho por George Reynolds en 1882. Reynolds también esculpió un busto de Joule en 1882.
En la ciudad de Mánchester, hay varios homenajes a Joule. La biblioteca Joule en la Universidad de Mánchester lleva su nombre y se especializa en ciencia, tecnología e ingeniería. También hay una estatua de él, esculpida por Alfred Gilbert, frente al ayuntamiento, junto a una de Dalton. En la Abadía de Westminster hay un monumento a Joule, aunque no está enterrado allí.
El parque de Worthington tiene un busto de bronce de Joule, creado en 1905 por el escultor John Cassidy. El proyecto fue financiado por donaciones de científicos de todo el mundo. El busto muestra a Joule sosteniendo un libro científico con el dibujo de un galvanómetro.
El cráter lunar Joule y el asteroide (12759) Joule también llevan su nombre en su honor.
La Cervecería y la Ciencia
Junto con su hermano Benjamin, James Joule se hizo cargo de la cervecería familiar en Salford. Aunque algunos dicen que Joule no se involucró mucho en la gestión, otros afirman lo contrario. Dicen que Joule estaba muy interesado en mejorar los procesos técnicos, físicos y químicos de la cervecería. Esta idea se apoya en su correspondencia con Lord Kelvin. La producción de gas durante la fabricación de la cerveza pudo haber sido el punto de partida para sus estudios que llevaron al descubrimiento del efecto Joule-Thomson.
La enfermedad de su padre y la partida de su hermano hicieron que James Joule se involucrara más en los aspectos técnicos y comerciales de la cervecería. Joule vendió la cervecería en 1855, unos años antes de la muerte de su padre, para dedicarse por completo a sus experimentos científicos.
Contribuciones Científicas de Joule
Joule estudió el magnetismo, especialmente cómo las corrientes eléctricas magnetizan el hierro. Esto lo llevó a inventar el motor eléctrico. También descubrió la magnetostricción, un fenómeno en el que la longitud de algunos materiales cambia cuando se magnetizan.
Pero el área más importante de investigación de Joule fue la de las diferentes formas de energía. Con sus experimentos, demostró que cuando una corriente eléctrica pasa por un conductor, este se calienta. A partir de ahí, dedujo que si la energía eléctrica proviene de una pila electroquímica, la energía debe venir de las reacciones químicas que la transforman en energía eléctrica y luego en calor. Si se añade un motor eléctrico al circuito, se produce energía mecánica.
Esto lo llevó a enunciar el principio de conservación de la energía. Aunque otros físicos como William Thomson (lord Kelvin) y Hermann von Helmholtz también contribuyeron a este principio, Joule le dio una base más sólida.
Ley de Joule y Equivalente Mecánico
En 1840, Joule publicó Producción de calor por la electricidad voltaica. En este trabajo, estableció la ley que lleva su nombre. Esta ley dice que el calor generado en un conductor por el paso de la corriente eléctrica es proporcional a la resistencia del conductor multiplicada por el cuadrado de la intensidad de la corriente.
En 1843, después de muchos experimentos, Joule obtuvo el valor numérico del equivalente mecánico del calor. Concluyó que 4,15 joules eran iguales a una caloría (en unidades actuales). Esto permitió convertir unidades mecánicas y térmicas. Este valor es muy similar al que se acepta hoy en día, que es de 4,187 joules. Así, se estableció firmemente la relación entre calor y trabajo, lo que fue fundamental para el desarrollo de la termodinámica. En estos trabajos, Joule se basó en la ley de conservación de la energía, descubierta en 1842.
Efecto Joule-Thomson y Teoría Cinética
Aunque en 1848 ya había publicado un artículo sobre la teoría cinética de los gases, donde por primera vez estimó la velocidad de las moléculas de gas, Joule decidió colaborar con William Thomson. Fruto de esta colaboración, descubrieron el efecto Joule-Thomson. Este efecto explica que es posible enfriar un gas al expandirlo, si se realiza el trabajo necesario para separar las moléculas del gas. Esto fue clave para poder convertir los gases en líquidos y llevó a la ley de la energía interna de un gas perfecto, que dice que la energía interna de un gas perfecto depende solo de su temperatura, no de su volumen.
Nombres en su Honor
- El julio (adaptación al español de joule), la unidad de energía del Sistema Internacional de Unidades, lleva este nombre en su honor.
- El cráter lunar Joule lleva este nombre en su memoria.
- El asteroide (12759) Joule también conmemora su nombre.
Véase también
En inglés: James Prescott Joule Facts for Kids
