نبذة عن حياة الفيزيائي “جيمس بريسكوت جول”

2016 عصر البخار

جون كلارك

KFAS

شخصيّات المخطوطات والكتب النادرة

جول، جيمس ( ١٨١٨ – ٨٩)

جيمس بريسكوت جول فيزيائي إنجليزي تستند شهرته إلى أبحاثه في مجال الحرارة. ولد في مدينة سالفورد شمالي إنجلترا لأبٍ يعمل في مصانع الكحوليات.

كان جول معتل الصحة ولم يحظ بأي تعليم نظامي، وإن تلقى هو وأخوه بعض الدروس الخاصة على يد الكيميائي الإنجليزي جون دالتون (١٧٦٦-١٨٤٤). سار جول على خطى والده بالعمل في المصنع ووجد فرصة لإجراء تجاربه الخاصة في معمل مجاور للمصنع.

قام جول عام ١٨٤٠ بإجراء تجارب على الحرارة مستخدماً تياراً كهربائياً وبذلك اكتشف العلاقة بين شدة التيار الكهربائي ومقاومة الموصل مع الحرارة الناتجة.

ينص القانون المعروف بقانون جول على أن الحرارة الناتجة (المترجم: أو الطاقة التي يهدرها الموصل، باعتبار الحرارة طاقة مهدورة لا تسترد تلقائيا) تساوي حاصل ضرب مربع شدة التيار الكهربائي ومقاومة الموصل والزمن الذي يسري فيه التيار.

انتقل جول بعد ذلك لدراسة تحويل الشغل الميكانيكي إلى طاقة حرارية، والتي أدت لتحديده قيمة المكافئ الميكانيكي للحرارة (النسبة بين وحدة واحدة من الطاقة الميكانيكية إلى وحدة واحدة من الطاقة الحرارية).

تكونت تجربته لبرهنة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى حرارة من وعاء يحتوي كمية معلومة من الماء وضعت فيه مروحة صغيرة بشكل أفقي يمكن إدارتها (المترجم: بتوصيلها بثقل معلوم يسقط نحو الأرض) ومن ثم قياس الإرتفاع في درجة الحرارة.

باستخدام وحدات ذلك الزمن، وجد جول أن الطاقة الميكانيكية اللازمة لرفع درجة حرارة رطل من الماء درجة فهرنهايتية واحدة تساوي ٧٣٧ رطلاً – قدماً. والجدير ذكره أن هذه التجربة مثلت برهاناً على قانون حفظ الطاقة أيضاً.

خلال دراسته للنظرية الحركية للغازات عام ١٨٤٨ قدر جول السرعة المتوسطة لحركة جزئيات الهيدروجين تحت درجة ٦٠٠F) ١٥.٦٠C) . ابتداء من عام ١٨٥٢ أجرى جول عدداً من التجارب في الديناميكا الحرارية بالتعاون مع الفيزيائي الإسكتلندي وليام تومسون، لورد كلفن (١٨٢٤-١٩٠٧).

نتج عن هذا التعاون استنباطهما ظاهرة جول – تومسون، التي تعنى بانخفاض درجة الحرارة عند تمدد الغاز خلال نفثه عبر فتحة ضيقة إلى منطقة ضغطها أقل (تعرف بظاهرة جول – كلفن أيضاً). ومن بين تطبيقات هذه الظاهرة مبادئ عمل الثلاجات (المبردات).

وتكريماً لجول سميت وحدة الشغل والطاقة في النظام الدولي للوحدات باسمه (يساوي الجول كمية الشغل المبذول بواسطة قوة نيوتن واحد مسافة متر واحد).