James Prescott Joule Kimdir? Hayatı ve Eserleri
Eğitim hayatımız boyunca “Joule” birimini her zaman duyduk ve kullandık. İnsanlık bu birim sayesinde enerjiyi kullanmayı ve dönüştürmeyi başardı. Enerji üreten her makinenin tasarımı ve veriminin arttırılması bu birim sayesinde gerçekleşti. Peki bu birime ismini kazandıran James Prescott Joule kimdir? Joule’un hayatını ve çalışmalarını bu yazımızda sizlere derledik.
James Prescott Joule Kimdir?
James Prescott Joule, İngiliz matematikçi, fizikçi ve bira yapımcısıdır. 24 Aralık 1818 yılında İngiltere’nin Salford, Lancashire bölgesinde Benjamin Joule ve Alice Prescott çiftinin oğlu olarak dünyaya gelmiştir. Babası Benjamin Joule o dönemde İngiltere’nin en ünlü bira üreticilerinden birisiydi.
Joule mekanik, ısı ve elektrik gibi enerjinin formlarının birbirleri ile ilişki içerisinde oluğunu ve birbirlerine dönüşebildiğini keşfederek, termodinamiğin 1. yasası olan enerji korunumu kanunun temellerini oluşturmuştur.
James Prescott Joule Hayatı ve Çalışmaları
Joule, gençlik yıllarından itibaren ünlü fizikçi John Dalton tarafından eğitildi ve kimyacı William Henry, Manchester mühendisleri Peter Ewart ve Eaton Hodgkinson gibi bilim insanlarından da etkilenmiştir.
Yetişkinlik çağına geldiğinde Joule baba mesleği olan bira üretim işinin başındaydı. Bilim onun için sadece bir hobiydi. Londra elektrik topluluğuna da üye olan James Prescott Joule, ile makalesini William Sturgeon’un “Annals of Electricity” başlıklı makalesine katkıda bulunarak yayınlamış oldu.
Joule, 20’li yaşlarındayken baba mesleğini bırakarak kendisi için hobi olan bilime daha çok zaman ayırmaya başladı ve saygı değer İngiliz kimyacı John Dalton ile 1835 yılında öğrencisi olarak Manchester Üniversitesi’nde çalışmaya başlamıştır. Joule yasalarını On the Production of Heat by Voltaic Electricity (1840) adlı makalesinde yayınlamıştır. Bu makalede, bir kabloda elektrik akımı ile üretilen ısının telin direncinin çarpımının akımın karesi ile orantılı olduğunu belirtmiştir.
1843 yılında ısının mekanik eşitliği olarak adlandırılan çalışmasını yayınlamıştır. Bu yayınında ısının birimini üretmek için bir değer atadı ve bu değeri de belirlemek için giderek artan doğrulama metotlarını kullandı. Bugün Joule olarak bildiğimiz ve J ile gösterilen birim de bu şekilde belirlenmiştir. Çeşitli malzemeler kullanarak ısının, ısıtılan maddeden farklı olarak bir enerji formu olduğunu belirledi.
1852 yılında ise Joule ve William Thomson, gazın dışarıdan herhangi bir iş girişi olmaksızın genişlemesine izin verildiğinde, gazın sıcaklığının düştüğünü keşfettiler. Bu keşif de Joule-Thomson Etkisi olarak adlandırılır ve 19. yüzyılda büyük bir buzdolabı endüstrisinin de oluşması da bu keşif ile mümkün olmuştur.
James Prescott Joule, 11 Ekim 1889 yılında İngiltere’nin Sals kentinde hayata gözlerini yummuştur.
Isının Mekanik Eşdeğeri
James Prescott Joule’ün şüphesi en önemli çalışması da ısının mekanik eşdeğerinin belirlemesi olmuştur. Buna göre nerede bir mekanik iş harcanırsa orada ısı açığa çıkar. Joule çeşitli deneyler ve hesaplamalar sonucu ısının mekanik eşdeğerini 4,1868 kalori olarak bulmuştur. Bu değer 1 gram suyun sıcaklığının 1 derece arttırılması için gereken enerji miktarını temsil eder. Joule bu çalışmasını Ağustos 1843 tarihinde Cork kentinde düzenlenen İngiliz Bilim Topluluğu, konferansında duyurmuştur.
Bu eşdeğer mekanik işlerde her zaman ısı açığa çıktığının bir göstergesidir. Joule de bu durumu ise oluklu bir silindir içerisinden su geçirerek, akışkanın viskoz ısınmasını ölçmüştür. Bu ölçüm sonunda oluşan mekanik eşitlik de 4140 J/Cal’dır.
Mekanik gücün harcandığı her yerde, daima tam bir ısıl eşdeğer elde edilir.
James Prescott Joule
Joule Nedir?
Joule birimini genel olarak iş ve enerji birimi olarak tanımlarız. Örneğin bir cisim 1 Newton kuvvetle, 1 metre hareket ettirilirse cisme uygulanan enerji miktarı 1 joule olur. Yani Joule aslında Newton-metre birimine eşdeğerdir.
Joule Yasası Nedir?
Mekanik olarak yapılan iş sonucu sürtünmelerden dolayı ısı açığa çıkar. Tüm mekanik işlerde belli bir miktar ısı açığa çıkar. Otomobillerdeki pistonlu motorların hareketi sonucu ısı oluşması bu örnek olarak verilebilir. Joule, mekanik enerjinin ısıya dönüşümünü ilk inceleyen kişi olmuştur ve bunun matematiksel ifadesini de ortaya koyduğundan bu yasa kendi ismiyle anılmıştır. Bu yasanın matematiksel ifadesine göre iş yani W ile ısı yani Q değerinin birbirlerine oranı joule sabitini verir.
J = W (J/cal) / Q (cal)
Daha önceki paragraflarda da belirttim gibi çeşitli deneyler ve hesaplamalar sonucu joule sabiti 4,1868 J/Cal.
Sonuç
James Prescott Joule, çalışmalarıyla ısının mekanik olarak açıklanmasını sağlayarak, günümüzdeki birçok soğutma teknolojisinin gelişimine büyük katkı sağladı. Bu sebepten de Joule enerjinin bir birimi olarak karşımıza çıkıyor. Çünkü diğer tüm enerji formları da bir şekilde ısıya dönüşüyor.
Kaynaklar
