MÄNNISKAN BAKOM ENHETEN

JOULE - BRYGGAREN SOM BLEV FORSKARE

Vissa vetenskapsmän har varit så viktiga för vår förståelse av världen vi lever i att de fått enheter uppkallade efter sig. En av dem är James Prescott­ Joule, som kunde nöjt sig med att bara brygga öl men som dessutom bedrev privat forskning inom bland annat elektricitet och mekanik.

James Joule i färd med att mäta värme­utvecklingen i en strömförande ledning.

James Joule i färd med att mäta värme­utvecklingen i en strömförande ledning.

På 1700-talet trodde man att värme var en slags substans. Denna substans ansågs kunna genomtränga all materia och vara orsaken till att varma saker utvidgar sig. Samtidigt kunde man inte märka någon viktökning hos varma föremål, varför man antog att substansen var viktlös. Man kallade den kalorik, efter det latinska ”calor” som betyder just värme, och menade att kaloriken kunde föras över mellan olika kroppar men varken förstöras eller­ nyskapas­. Ett fåtal forskare menade­ annat, bland andra Benjamin Thompson­ som 1798 lade fram tanken­ att värme måste vara en form av rörelse­, men utan framgång. Så vem har vi att tacka för att den senare teorin­ slutligen slog igenom?

John Dalton, engelsk kemist och meteorolog. James Joules intresse för naturvetenskap väcktes när han hade Dalton som lärare.

John Dalton, engelsk kemist och meteorolog. James Joules intresse för naturvetenskap väcktes när han hade Dalton som lärare.

På julafton 1818 föds James Prescott Joule i Salford utanför Manchester i England. Han är son till en välbeställd bryggare och förblir aktiv vid faderns bryggeri fram till 1854, då man säljer det. Som så många andra på den tiden får han sin skolning i hemmet, men 16 år gammal får James och hans bror gå i lära under ett par år för den berömde engelske kemisten och fysikern John Dalton.

Dalton och hans medarbetare väcker­ intresset för naturvetenskap hos Jame­s Joule, som börjar experimentera på egen hand. 1838 publicerar han sin första vetenskapliga rapport. Redan två år senare, 22 år gammal, presenterar han det samband han genom experiment med uppvärmning av metalltrådar funnit mellan elektrisk energi och värmeenergi. Joules lag slår fast att värmen som utvecklas är proportionell­ mot kvadraten på ström­styrkan samt mot resistansen hos tråden och tiden som strömmen är på (Q = I2 x R x t).

Joule fortsätter att forska och skapar många praktiska modeller för att undersöka hur energi kan överföras på olika sätt. Från elektriciteten tar han steget till mekaniken. Bland annat skapar han en anordning där fallande vikter i ett snöre driver ett skovelhjul i en isolerad behållare med vatten. Vikternas rörelseenergi omvandlas till värme via friktionen mellan skovelhjulet och vattnet, vars temperatur Joule avläser.

James Joule började sin karriär som bryggare i familjens­ bryggeri, men övergick senare helt till forskning.

James Joule började sin karriär som bryggare i familjens­ bryggeri, men övergick senare helt till forskning.

Genom sina arbeten bevisar Joule att mekaniskt arbete och värme är två sidor av samma mynt. Detta innebär att substansteorin måste överges. Istället­ börjar man betrakta värme som rörelse hos de små beståndsdelar som materien är uppbyggd av. Joules försök visar att den värmemängd man får ut är proportionell mot det arbete man uträttar. Han bestämmer också på flera olika sätt värdet på den konstant som reglerar detta samband, den så kallade mekaniska värmeekvivalenten (4,185 J/cal).

Joule arbetar även under sju år tillsammans med William Thomson, sedermera lord Kelvin. Deras forskning resulterar bland annat i upptäckten av Joule-Thomson-effekten; att temperaturen sjunker då en gas får expandera fritt. Denna upptäckt ligger till grund för exempelvis tekniken bakom kylanläggningar.

Genom sina upptäckter räknas James­ Joule som en av grundarna bakom läran om energins oförstörbarhet. För honom var vetenskap och teologi inga motsatser utan tvärtom relaterade till varandra. Till skillnad från många andra bedrev han sin forskning privat och avlönades aldrig. Joule dog 1889, elva år efter det att han publicerat sin sista artikel. Som ett erkännande av hans arbeten inom energins, värmelärans och elektricitetens område har han fått SI-enheten för energi uppkallad efter sig.

Lästips:
Boudenot, ”Fysik och fysiker genom historien”, Studentlitteratur

Thomas, ”Naturvetenskapens milstenar”, Liber

Material från
Allt om Vetenskap nr 4 2008

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter