جيمس بريسكوت جول

كان من المعروف في ذلك الوقت أن الأسلاك تسخن عند تمرير تيار كهربائي عبرها. ومع ذلك، لم يتمكن أي عالم من تحديد المبادئ التي تحكم هذه العملية.

وفي عام 1840، أعلن جول أن الحرارة الناتجة تتناسب مع مربع كثافة التيار مضروبًا في مقاومة الدارة الكهربائية. وقد أصبحت هذه الصيغة تعرف باسم قانون جول.

وبعد ذلك، أصبح جول مفتونًا بالحرارة وبدأ بقياس الحرارة للعديد من التجارب في مختبره. وباستخدام المجاذيف، قام بتحريك الماء ليقيس ارتفاع درجة الحرارة فيها. ك

ما قام بإمرار الماء من خلال ثقوب صغيرة وقاس الحرارة الناجمة عن الاحتكاك. وفي أكثر تجاربه شهرة، استعمل وزن ساقطًا لدفع مجداف لإثارة الماء؛ ومن خلال قياس مسافة سقوط الوزن، تمكن جول من حساب كمية العمل الذي أدى لرفع درجة حرارة الماء.

وفي تلك التجربة، قام بحساب تكافؤ الطاقة الميكانيكية مع الحرارة. حيث حدد أنّ الأمر يتطلب 41،800،000 إرج من العمل لرفع درجة حرارة 1 غرام من الماء درجة مئوية واحدة (تدعى هذه الكمية من الحرارة باسم السعرة الحرارية). وكان ذلك اكتشافا مهماٍ جداً، حيث لم يتكن أي عالمٍ آخر من تحقيق قياس دقيقٍ مثل ذلك من قبل.

وفي عام 1847، قرر نشر نتائجه العلمية، ولسوء الحظ، لم تقبل أي مجلة علمية نشر عمله، ويرجع ذلك بالأساس إلى حقيقة أنه كان رجلٌ ثريٌ غريب الأطوار، وليس عالمًأ.

وفي نهاية المطاف، قدم بحثه في محاضرة عامةً صغيرة جداً في مانشستر، وبعد ذلك تسول إلى مجلةٍ محلية لإعادة نشرها. وبعد عدة أشهر، سُمح له بالتحدث أمام جمهور من الأكاديميين الشاكين بقدراته.

لكن عالمًا واحدًا ادرك أهمية عمل جول، عالمٌ شابٌ يدعى وليام طومسون، الذي أصبح في نهاية المطاف فيزيائي بارزًا يحمل اسم اللورد كلفن. وبعمر الثالثة والعشرين فقط، كان رأي طومسون يحظى باحترام كبيرٍ من قبل أقرانه، وبدعمه تم قبول أبحاث جول بسرعة.

على الرغم من أن جول لم يكن أول من يقوم بحساب تكافؤ الطاقة الميكانيكية مع الحرارة، لكن حساباته اعتبرت الأكثر دقة. وعلى شرفه، سميت وحدة العمل الرئيسية باسمه، والتي تعادل 10 مليون إرج (بحيث تساوي السعرة الحرارية الواحد 4.18 جول، حسب النتائج التي توصل إليها.)

كان تحديد تكافؤ الطاقة الميكانيكية مع الحرارة خطوة هامة في تطوير مفهوم حفظ الطاقة. على سبيل المثال، يمكن للباحثين مقارنة كمية طاقة الوضع المخزنة في وزن معلقٍ مع مقدار الطاقة الحركية المحررة عندما يسقط باتجاه الأرض.

وبعد الإعلان عن عدد جول، أصبح الباحثون قادرين على حساب كمية الشغل المتحولة إلى حرارة بدقةٍ كبيرة، وأدركوا أن طاقة الوضع تعادل دائمًا الطاقة الحركية بإهمال الاحتكاك: وبالفعل، فإن الطاقة محفوظة.

ومع ذلك، تم التوصل إلى الاثبات النهائي لذلك من قبل الفيزيائي الألماني هيرمان فون هيلمهولتز.

وبالإضافة لذلك، كان جول مسؤولًا بشكلٍ جزئيٍ على الأقل عن اكتشافين مهمين آخرين. فقد أظهر جنبًأ إلى جنب مع صديقه الجديد طومسون أنّ درجة حرارة الغاز تنخفض عندما يتوسع – بقدرٍ كبيرٍ في بعض الأحيان.

قاما بإجراء عددٍ من التجارب في درجات حرارة منخفضة، ونجحوا في تسييل بعض الغازات. يعرف هذا الاكتشاف باسم تأثير جول – تومسون، ويشكل أساس علم التبريد الشديد الحديث. فباستخدام تقنيات تستند إلى عمل جول وطومسون، يمكن للعلماء الآن تسييل الهيدروجين والهليوم والغازات الأخرى.

في عام 1846، اكتشف جول أنّه عند مغنطة شريطٍ حديد، ستتغير طوله. أطلق هذه الظاهرة اسم التقبض المغناطيسي magnetostriction.

وفي عام 1850، انتخب جول كعضوٍ في الجمعية الملكية البريطانية المرموقة، كما حصل على أعلى تكريم، وسام كوبلي، عام 1866. وشغل منصب رئيس الجمعية البريطانية لتطوير العلوم.