Thứ sáu, 23 Tháng tư 2021, 09:22 AM
Site: Lớp học vật lý trực tuyếnLớp học: Lớp học vật lý trực tuyến (Lớp học vật lý)
Bảng chú giải thuật ngữ: Lịch sử Vật lý
J
![]() | James Prescott Joule | ||
---|---|---|---|
James Prescott Joule, là một nhà vật lí người Anh (đồng thời làm nghề ủ rượu), được sinh ra ngày 24/12/1818 ở Salford, Lancashire, mất ngày 11/10/1889. Là con trai của Benjamin Joule (1784–1858), một người thợ ủ rược giàu có, Joule được dạy kèm tại nhà cho đến năm 1834, ông cùng anh trai Benjamin của mình được gửi vào học với John Dalton tại Hội Văn chương và Tríêt học Manchester . Cả hai anh em chỉ được đào tạo đại số và hình học trong vỏn vẹn hai nămtrước khi Dalton bị buộc phải nghỉ hưu vì một cơn đột khuỵ. Tuy nhiên, những ảnh hưởng của Dalton đã tạo nên một ấn tượng lâu bền cũng giống như cộng sự của ông, nhà hoá học William Henry and hai kĩ sư của Manchester Peter Ewart và Eaton Hodgkinson đã làm. Về sau cùng, Joule nhận sự dẫn dắt của John Davies. Joule bị cuốn hút vào khái niệm “dòng điện”. Ông và anh trai đã thử làm thí nghiệm nhiều lần bằng cách kích điện vào nhau và vào những người làm trong gia đình. Joule trở thành chủ xưởng rượu và giữ vai trò chủ chốt cho đến khi ông bán toàn bộ doanh nghiệp của mình năm 1854. Khoa học là một sở thích nhưng ông sớm bắt tay vào xem xét tính khả thi của việc thay thế máy hơi nứơc trong xưởng rượu bằng động cơ điện mà ông mới sáng chế. Năm 1838, bản phác thảo đầu tiên của ông được trình lên tờ Annals of Electricity, một tập san khoa học mà cha đẻ của nó chính là những đồng nghiệp của Davies William Sturgeon. Ông tìm ra định luật Joule năm 1840 và mong mỏi sẽ gây được ấn tượng đối với Hội đồng Hoàng Gia nhưng cuối cùng ông nhận ra rằng ông đã bị xem thường và đánh giá thấp như kẻ tài tử quê mùa. Khi Sturgeon chuyển đến Manchester năm 1840, Joule và Sturgeon đã trở thành nhân vật trung tâm trong giới trí thức thành phố. Cặp đôi này đã chia sẻ những quan điểm tương đồng rằng khoa học và thuyết thần học có thể và nên được kết hợp với nhau. Joule tiếp tục việc thuyết giảng tại Viện bảo tàng Hoàng gia Victoria về Khoa học ứng dụng do Sturgeon quản lí. Thuyết nhiệt học:James Joule đã dần nhận ra việc đốt một pao than đá trong máy hơi nước sẽ hiệu quả hơn gấp 5 lần so với 1 pound kẽm. Bị ảnh hưởng bởi cách nghĩ của Franz Aepinus,Joule cố gắng giải thích những hiện tượng về dòng điện và từ tính xét với những nguyên tử bị bao quanh bởi ê-te nhiệt trong tình trạng dao động. Tuy vậy, niềm đam mê của Joule lại xúât phát từmột câu hỏi kinh tế rằng một công việc có thể chiếm bao nhiêu từ nguồn nguyên liệu được cung cấp, dẫn dắt ông vào những nghiên cứu về khả năng hoán chuyển của các dạng năng lượng. Năm 1843 ông đưa ra được những kết quả cho thấy những ảnh hưởng của việc đun nóng mà ông đã trù liệu năm 1841 chính bởi sự tồn tại của những lớp hơi nóng trong dây dẫn mà không lan sang những phần khác của thiết bị. Đó là một thử thách trực tiếp đối với thuyết nhiệt học vốn cho rằng nhiệt không thể được tạo nên hay bị làm cho biến mất. Thuyết nhiệt học đã vượt hẳn những cách nghĩ xưa cũ trong nghiên cứu nhiệt học từ khi nó được Antonie Lavoisier chứng minh năm1783. Uy tín của Lavoisier và thành công trên thực tế của thuýêtNhiệt học dựa trên động cơ nhiệt do Sadi Carnot tìm ra năm 1824 bảo đảm cho Joule. Những người ủng hộ thuyết nhiệt học sẵng sàng làm rõ tính đối xứng của nhửng ảnh hưởng Peltier-Seebeck từ đó có cơ sở để tuyên bố rằng nhiệt và dòng điện có sự chuyển hoá lẫn nhau bằng một quá trình thuật nghịch. Đương lượng nhiệt của công
... sự biến đổi của nhiệt (hoặc hoạt động toả nhiệt) thành cơ năng là gần như không thể xảy ra, chắc chắn chưa được phát hiện. Nhưng một ghi chú nhỏ đã báo hiệu những nghi ngờ đầu tiên của ông về nguyên lí toả nhiệt, nói về “những phát kiến rất đáng lưu ý” của Joule. Thật đáng ngạc nhiên, dù Thomson không gửi một bản của báo cáo cho Joule nhưng Joule đã đọc được. Ông viết cho Thomson vào ngày 6 tháng 10, tuyên bố rằng những nghiên cứu của ông đã thể hiện sự biến đổi của nhiệt thành các tác dụng khác, nhưng ông đang muốn thực hiện thêm các thí nghiệm. Thomson trả lời vào ngày 27, rằng ông cũng đã lên kế hoạch cho thí nghiệm riêng của mình và mong đạt được sự thống nhất của hai người. Dù Thomson không thực hiện một thí nghiệm nào, nhưng trong vòng hai năm tiếp đó ông ngày càng cảm thấy thiếu niềm tin với các định luật của Carnot và tin tưởng vào địnhluật của Joule. Trong các báo cáo của ông năm 1851, Thomson đã quyết định không đi xa hơn việc thoả hiệp và tuyên bố “toàn bộ định luật về khả năng của nhiệt đã được nhắc đến trong hai lời tuyên bố, theo như Joule, và Carnot và Clausius.”
Xác minh bằng thực nghiệm định luật bảo toàn năng lượng.
Bộ dụng cụ dùng để làm thí nghiệm về đương lượng nhiệt của công của James Prescott Joule.
Làm việc chung vớiLord Kelvin để phát triển thang đo nhiệt độ nguyên chất, nghiên cứu về hiện tượng từ gỉao. Xác định đương lượng nhiệt của công. Cùng với các nhà bác học Nga Lenze phát hiện mối liên hệ giữa nhiệt và dòng điện chạy qua từđóthiết lập định luật tính nhiệt lượng toả ra từ một đoạn dây có dòng điện chạy qua ( định luật Joule-Lenze). Cùng Thomxơn (W. Thomson) tìm ra hiệu ứng mang tên hai ông ( thuyết động lực học).
Thínghiệm của Thomson vàJoule
Vận dụng thuyết động học chất khí để giải thích định luật Bôi-Mariôt (Boyle - Mariotte) tính vận tốc trung bình của phân tử khí.
Định nghĩa:định luật xác định nhiệt lượng Q toả ra trong dây dẫn khi có dòng điện chạy qua, Q tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua. Ứng dụng: là cơ sở để tính nhiệt lượng toả ra trong các dụng cụ và máy móc sử dụng nhiệt của dòng điện, như bàn là, bếp điện, lò điện, vv. Nguồn gốc: định luật Joule do nhà vật lí Anh J. P. Joule phát hiện năm 1841 và được gọi theo tên ông. Công thức:
Với Q là nhiệt lượng toả ra; R là điện trở của vật dẫn; I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn và t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn.
Người ta đã lấy tên ông Joule đặt cho đơn vị công (Ký hiệu là J). Trở thành hội viên của Hội đồng Hoàng gia (1850); Nhận huy chương hoàng gia (1852); Nhận huy chương Copley (1870); Trở thành chủ tịch Hội Văn chương và Tríêt học Manchester (1860); Trở thành chủ tịch Tổ chức Tiến bộ Khoa học Anh (1872); LL.D., Bộ ba đại học Dublin, (1857); DCL, Đại học Oxford, (1860); LL.D., Đại học Edinburgh, (1871). Ông được nhận £200 mỗi annum tiền trợ cấp công dân từ năm 1878 vì những đóng góp cho khoa học của mình; Albert Medal of the Royal Society of Arts, (1880). Xây dựng khu tưởng niệm Joule ở gian phía bắc giáo viện thuộc tu viện Westminster dù ông không được chôn cất tại đó.
Một tượng đài do Alfred Gilbert hoàn thành, toạ lạc trong toà thị chính Manchester, đối diện với tượng Dalton.
| |||
![]() | James Watt | |
---|---|---|
James Watt (19/1/1736 –19/8/1819), là nhà phát minh người Scotland và là một kỹ sư đã có những cải tiến cho máy hơi nước mà nhờ đó đã làm nền tảng cho cuộc Cách mạng công nghiệp. James Watt sinh tại Greenock, một cảng biển của Firth of Clyde. Cha ông là một thợ đóng tàu, chủ tàu và là một nhà thầu khoán, còn mẹ ông – bà Agnes Muirhead thì xuất thân từ một gia đình danh giá và có học vấn đến nơi đến chốn. Cả hai đều là tín đồ của Giáo hội Trưởng lão (Presbyterian).Watt đi học không thường xuyên và thay vào đó là được mẹ dạy tại nhà. Ông tỏ ra rất khéo tay và có năng khiếu về môn toán học trong lúc lại ngại môn tiếng Latinh và tiếng Hy Lạp cổ ; ông miệt mài với thần thoại Scotland. Khi ông 17 tuổi, mẹ ông qua đời và sức khỏe cha ông bắt đầu suy sụp. Watt đi London để học ngành điều khiển đo lường (measuring instrument) trong 1 năm, sau đó trở lại Scotland, đến Glasgow, dự tính lập một cơ sở kinh doanh sản xuất thiết bị đo lường. Tuy nhiên, vì ông không trải qua ít nhất 7 năm học việc nên cơ quan quản lý thợ thủ công của Glasgow (Glasgow Guild of Hammermen) không cấp phép cho ông dù lúc đó chưa có thợ chế tạo dụng cụ cơ khí nào ở Scotland. Watt được các giáo sư của Đại học Glasgow cứu khỏi tình huống bế tắc này khi họ đã cho ông một cơ hội mở xưởng nhỏ trong trường này và đây cũng là cơ hội để Watt đặt nền móng cho việc cải tiến máy hơi nước Niucômanh . Xưởng này được lập năm 1757 và là một trong những giáo sư của trường, là nhà vật lý và cũng là nhà hóa họcJoseph Black trở thành bạn và người thầy của Watt. Năm 1767, Watt cưới cháu Joseph – Biller Miller và có 6 con với nhau. Sau nhiều năm nỗ lực, cuối cùng ông đã chế tạo được máy hơi nước Oát nổi tiếng thế giới, thúc đẩy rất lớn hiệu suất sản xuất công nghiệp. Năm 1785 trở thành thành viên Viện Hàn lâm khoa học Anh. Những cống hiến của Watt xứng đáng được mệnh danh: "Người đặt nền móng cho cách mạng công nghiệp". James Watt - Gợi ý từ cái nắp ấm đun nước Năm 8 tuổi có một lần ở bên nhà bà ngoại đun nước, khi nước trên lò sôi, hơi nước phụt ra từ chiếc vòi của nó, rồi nắp ấm "Bạch, bạch, bạch" nhảy múa liên hồi trên miệng ấm, đồng thời có rất nhiều hơi bay lên. Watt cảm thấy rất thích thú, cậu chăm chú quan sát, không hiểu có ma quỷ gì trong ấm đang làm trò đây?Để ý một lúc lâu, lòng hiếu kỳ mãnh liệt cho cậu can đảm dùng tay mở nắp ấm.Hơi nước từ trong ấm ngùn ngụt bốc lên trời. Watt mở to đôi mắt hiếu kỳ quan sát, trong ấm không còn có gì khác ngoài nước. Thật là kỳ lạ, Watt nghĩ vậy. Watt chạy ra ngoài kéo tay bà ngoại vào nhà và hỏi bà: -"Cái gì đẩy nắp ấm nước, làm nó cứ nhảy lên lại rơi xuống mãi thế hở bà?" Bà ngoại chậm rãi nói: -"Cháu ơi, làm gị có cái gì, đấy là nước sôi." -"Tại sao nước sôi thì nắp ấm lại nhảy lên vậy?" - Watt không hiểu được hỏi lại bà ngoại. -"Do hơi nước đấy, cháu không nhìn thấy hơi nước phụt lên từ vòi ấm đó sao?" -“Như vậy, hơi nước sinh ra từ đâu? Tại sao nó lại chạy ra vòi ấm nhỉ?" -"Cục cưng của bà ơi, nó từ trong nước nóng ra, sau khi nước sôi thì sinh ra hơi nước." -"Thế hả bà!" Watt trầm ngâm một lát rồi hỏi bà: -"Sức đẩy của hơi nước lớn như vậy hả bà? Có một tý nước mà hơi nước sinh ra mở được cả nắp ấm, nếu dùng nhiều nước thì sức đẩy phải lớn lắm bà nhỉ? Nếu hơi nước rất mạnh thì có thể nâng được vật rất nặng lên phải không ạ?" -"Ừ, ừ, bà cũng không biết nữa, đợi lớn lên con sẽ biết!" Thấy bà không trả lời được, Watt tự trầm tư suy nghĩ. James Watt - Đứa trẻ học nghề thông minh Lúc nhỏ vì nhà nghèo không có tiền mua đồ chơi n ên đồ chơi của Watt đều do bố làm, đồ chơi của bố làm đẹp không kém gì mua.Cậu nghĩ nếu mình cũng biết làm thì tốt biết mấy! Không chỉ để chơi mà còn có thể bán một ít để lấy tiền mua sách. Vì vậy mỗi ngày sau khi đi học về Watt đều chạy đến xưởng bố làm. Cha cậu là một công nhân kỹ thuật tay nghề cao, ông mở xưởng nhỏ ở ngoài thị trấn chuyên sản xuất và sửa chữa các thiết bị và dụng cụ đo lường dùng cho tàu thuyền. Watt rất thích xem những bác thợ lành nghề làm mô hình, sửa la bàn và dụng cụ đo lường như: dụng cụ đo góc vuông, kính viễn vọng,... Cha cậu thấy con thích công việc của những người thợ này tỏ ra rất vui, cha đã dành cho cậu một gian phòng nhỏ, trong đó có rất nhiều công cụ và vật liệu các loại. Như vậy Watt nhỏ cũng có thể học kỹ thuật chế tạo và sửa chữa. Cậu Watt nhỏ thông minh đã rất nhanh biết sử dụng công cụ trong xưởng, biết làm đồ chơi và chế tạo mô hình. Những hoạt động ngoài giờ học này đã ngốn của Watt không ít thời gian nhưng không hề ảnh hưởng đến việc học tập trên lớp. Sau khi tốt nghiệp trung học, Watt chuẩn bị vào đại học. Đúng lúc này cha cậu bị trục trặc trong công việc, sau đó mẹ mất, Watt đành phải bỏ ý định đi học đại học. Năm 1755, Watt tròn 18 tuổi cậu sang London học thủ công nghệ. Sang London cậu rất vất vả mới tìm được sư phụ Moocgan, nhưng thời gian học tập là 4 năm. Bốn năm? Dài quá! Đối với Watt 4 năm là quá dài. Cậu muốn học nhanh để sớm về giúp cha kiếm sống. Watt nói với thầy: "Con muốn học được nghề trong thời gian một năm". Ông Moocgan hỏi Watt: -"Một năm? Câu có học được không?" -"Được ạ!" - Watt quả quyết Thầy Moocgan rất kinh ngạc, ông dạy bấy lâu năm biết bao nhiêu học trò, chưa có ai có thể học trong thời gian một năm. Moogan nghĩ một lúc rồi nói: -"Thầy đồng ý nhưng con phải nộp 20 bảng tiền học nghề, ngoài ra trong một năm này con không có lương!" Watt chấp nhận: -"Vâng ạ!" Để gom được 20 bảng học phí với Watt lúc đó không phải là việc làm đơn giản, cuối cùng thì cậu cũng bắt tay vào học tập. Vì lúc nhỏ cũng được đào tạo nghề thủ công lại thêm tư chất thông minh nên Watt học thủ công nghệ rất nhanh, đến mức thầy Moocgan cũng không dám tin, ông chưa từng gặp cậu học sinh nào thông minh đến thế. Tháng 7 Watt học nghề, ngày 5 tháng 8 bắt đầu làm một thiết bị đo góc vuông dùng để xác định phương vị, già nửa tháng hoàn thành. Watt học nhanh kỳ lạ, tháng 10 cậu làm thước đẳng, tháng 11 học làm la bàn phương vị,...Ban ngày Watt học nghề ở xưởng, tối về tự làm, đã làm là miệt mài đến khuya. Ngày hôm sau trời mới sáng là cậu lại dậy tiếp tục làm. Cậu luôn là người dậy sớm nhất. Watt tranh thủ mọi thời gian và thời cơ để học tập kông chỉ học thầy mà còn học bạn. Cậu cần cù học tập, tiết kiệm ăn tiêu, nên vốn đã xanh gầy nay càng gầy xanh hơn, nhưng tay nghề cậu vững vàng lên rất nhiều. Tháng 7 năm 1756, Watt đã học được nghề thủ công, bắt đầu tự kiếm sống. James Watt - Ý tưởng & sự nghiệp Chuyện hơi nước đẩy nắp ấm đun nước lên đã để lại ấn tượng rất sâu trong cậu bé Watt, cậu đã suy nghĩ rất nhiều về hiện tượng này. Watt nghĩ: Một chút hơi nước mà có sức mạnh như vậy, nó nhất định sẽ có công dụng rất lớn. Nếu ta biết lợi dụng nó có thể làm được nhiệc lớn. Thí dụ: như ta nâng vật nặng lên cao, kéo vật gì đó chẳng hạn, Watt cảm thấy đây là một cách nghĩ thú vị và rất nhiều nghĩa. Lý tưởng thời tuổi trẻ thôi thúc Watt nhỏ càng nỗ lực học tập. Lúc này ông mới biết trước đó đã có người nghĩ đến việc dùng hơi nước làm động lực... Trước đó không lâu, năm 1705 Niucômanh đã phát minh ra máy hơi nước Niucômanh. Nhưng Watt không cam tâm để lý tưởng của mình bị nguội lanh, ông tiếp tục học tập, miệt mài, nghiên cứu. Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh tuy được dùng rộng rãi nhưng nó có rất nhiều điểm cần được cải tiến.Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh còn hạn chế vì hơi nước chưa được sử dụng triệt để. Làm thế nào để hơi nước do máy hơi nước sinh ra được sử dụng triệt để? Chính vì điều này mà Watt đã mất ăn mất ngù.Vào một buổi sáng nọ, Watt đi bách bộ ngoài sân golf, mặt trời từ từ mọc lên, mặt trời hồng rọi lên mặt ông. Bỗng nhiên một đám mây đen che khuất mặt trời, trong phút chốc bầu trời như tối lại, một trận gió thổi qua, mặt đất như xanh hơn, không gian như rộng hơn, cảm thấy dễ chịu lạ thường.Ông nhìn lên trời cao, nghĩ lại đám mây đen che kín mặt trời vừa rồi, một ý tưởng mới xuất hiện trong đầu ông: "Thiết kế bộ ngưng tụ hơi nước, làm cho hơi nước trực tiếp trở lại trạng thái nước ngay từ ngoài xi lanh, như vậy chẳng phải xi lanh có thể duy trì được nhiệt độ tương đối cao sao?" Để chế tạo được máy hơi nước kiểu mới, Watt và các trợ lý của ông làm miệt mài không quản ngày đêm nhưng kết quả vẫn chưa giành được thành công, hơn nữa còn nợ nần chồng chất, cuộc sống hết sức khó khăn, có lúc thậm chí không còn tiền để ăn nữa. Watt không nản lòng, ông càng nỗ lực hơn, cuối cùng năm 1765 ông đã chế tạo thành công một chiếc máy hơi nước.Loại máy hơi nước này giảm được 3/4 lượng than tiêu thụ so với máy hơi nước Niucômanh mà hiệu suất nâng cao lên rất nhiều. Thành công lần này là sự cổ vũ lớn đối với Watt, ông vẫn muốn trực tiếp cải tiến một bước nữa để giảm lượng tiêu hao than xuống nữa, hiệu suất càng cao hơn. Năm 1782, ông cho ra đời chiếc máy hơi nước mới đúng như ông đã suy nghĩ: Máy tiêu hao than ít, hiệu suất làm việc cao. Thành công phát minh ra loại máy hơi nước này đã làm cho máy hơi nước Niucômanh trở nên quá lạc hậu không còn chỗ đứng chân. Máy hơi nước do Watt phát minh nhanh chóng được sử dụng rộng rãi. Tàu thuyền, tàu hỏa dùng máy móc hơi nước đua nhau ra đời, công nghiệp toàn thế giới nhanh chóng bước vào "thời đại máy hơi nước".
Nền công nghiệp cơ khí xưa và nay Nói đến nền công nghiệp cơ khí, không thể không nhắc tới James Watt, bởi ông là nhân vật tiêu biểu nhất của nền công nghiệp cơ khí nước Anh, nơi khởi nguồn cho sự phát triển ngành cơ khí chế tạo của nhân loại cách đây gần 250 năm. Khi trở về quê hương, Watt được Trường Đại học Glassgow thuộc Scoland dành cho một vài phòng để mở xưởng sửa chữa dụng cụ. Tại đây, cậu được giao sửa chữa đủ các loại thiết bị và dụng cụ. J.Watt nhanh chóng nắm bắt được những nguyên lý vận hành của từng loại thiết bị, dụng cụ mà khách hàng đem đến nhờ sửa chữa. Anh lại được sự động viên khích lệ của giáo sư Jaseph Black là giảng viên lý thuyết của trường Glasgow. Cũng từ đây J.Watt định hướng cho mình là đi sâu về lĩnh vực động cơ. Nhưng vào thời điểm này mới chỉ đơn điệu có một loại động cơ newcomen dùng để hút nước trong các mỏ than của nước Anh. Nền công nghiệp khai thác than làm nguyên liệu của nước Anh thời bấy giờ đang phát triển nhanh. Các máy công cụ ra đời giúp cho con người sản xuất được hàng loạt xilanh, pittông, khung máy, ốc vít, bàn tiện, bàn ren. Nhờ đó, ngành cơ khí lắp ráp được hàng loạt máy móc riêng lẻ, máy móc thay thế dần lao động chân tay. Vào năm 1800, tầu biển chạy bằng hơi nước được chế tạo thành công. Đây cũng là cuộc cách mạng ngành hàng hải. Động cơ hơi nước hay máy hơi nước là một loại động cơ nhiệt đốt ngoài sử dụng nhiệt năng của hơi nước, chuyển năng lượng này thành công năng. Các động cơ hơi nước đầu tiên được sử dụng như là bộ phận chuyển động sơ cấp của bơm, đầu máy tàu hỏa, tàu thủy hơi nước, máy cày, xe tải và các loại xe cơ giới chạy trên đường bộ khác và là nền tảng cơ bản nhất cho Cách mạng công nghiệp. Các tuốc bin hơi nước, về mặt kỹ thuật cũng là một loại động cơ hơi nước, ngày nay đang được sử dụng rộng rãi cho máy phát điện nhưng các loại cũ hơn hầu như được thay thế bằng động cơ đốt trong và động cơ điện. Một động cơ hơi nước cần một nồi hơi súp de để đun nước sôi tạo hơi. Việc giãn nở của hơi tạo một lực đẩy lên piston hay các cánh tuốc bin và chuyển động thẳng được chuyển thành chuyển động quay để quay bánh xe hay truyền động cho các bộ phận cơ khí khác. Một trong những lợi thế của động cơ hơi nước là nó có thể sử dụng bất cứ nguồn nhiệt nào để đun nồi hơi nhưng các loại nguồn nhiệt thông dụng nhất là đun củi, than đá hay dầu hay sử dụng hơi nhiệt năng thu được từ lò phản ứng hạt nhân. | ||