Joule, James Prescott

fisico inglese (Salford 1818-Sale, Cheshire, 1889). Essenzialmente autodidatta, svolse importanti ricerche scientifiche nel campo della termodinamica e in quello dell'elettricità, basandosi su sistematiche esperienze. Nel 1840 enunciò la famosa legge relativa all'effetto termico prodotto dalla corrente elettrica (effetto Joule). Nel 1843 determinò l'equivalente meccanico della caloria attraverso la nota esperienza del mulinello posto in una vaschetta d'acqua. Fondamentali inoltre i suoi studi, condotti in collaborazione con lord Kelvin, sull'energia interna dei gas.

Effetto Joule

Dispersione di calore in un conduttore, prodotta dal passaggio di corrente elettrica in esso. La quantità di calore sviluppata è data da Q = kI²Rt calorie, in cui k è una costante, detta equivalente termico del joule, che nel Sistema Internazionale (SI) vale 0,239; Q è la quantità di calore prodotto nel tempo t, I è la corrente che circola nel conduttore e R la resistenza di quest'ultimo. Tale espressione, oltre che per correnti continue, è valida anche per correnti alternate; in questo caso I rappresenta l'intensità efficace.

Effetto Joule-Thomson

Effetto tipico dei gas reali per il quale questi, espandendosi anche senza effettuare alcun lavoro meccanico e senza cedere o ricevere calore dall'ambiente esterno, modificano la loro temperatura. In condizioni ordinarie, per tutti i gas, a eccezione dell'idrogeno, dell'elio e del neo, in un'espansione del genere la temperatura si abbassa. Questo comportamento è dovuto al fatto che tra le molecole del gas si esercitano delle forze attrattive; l'espansione comporta un aumento della distanza media tra le molecole e richiede quindi una certa quantità di energia che viene spesa per vincere tali forze attrattive e che il gas trae dalla sua energia termica, diminuendo appunto la sua temperatura. L'idrogeno, l'elio e il neo in condizioni ordinarie manifestano l'effetto opposto, ossia per espansione essi aumentano di temperatura perché tra le loro molecole prevalgono forze di tipo repulsivo. Nei gas perfetti, l'effetto è invece nullo per definizione, dato che tra le molecole di tali gas non si esercitano forze né repulsive né attrattive.

Effetto Joule di magnetostrizione

Allungamento che si verifica in una sbarra di materiale ferromagnetico quando questa viene disposta in un campo magnetico parallelamente alle linee di forza del campo.

Esperienza di Joule

È l'esperienza effettuata per dimostrare che facendo un determinato lavoro viene prodotta la stessa quantità di calore, indipendentemente dal metodo usato per effettuare il lavoro stesso. La costante di proporzionalità (equivalente meccanico della caloria) tra lavoro fatto e calore prodotto risultava sempre uguale nell'ambito degli errori sperimentali, che per Joule erano di circa il 5%; tale valore nel Sistema Internazionale (SI) è pari a 4,186. Il primo dispositivo usato da Joule permetteva la trasformazione integrale di lavoro meccanico in energia termica ed era sostanzialmente costituito da un mulinello (mulinello di Joule) che veniva fatto ruotare nel liquido di un calorimetro dalla caduta di due pesetti. Misurato il lavoro meccanico fatto nella caduta e il calore prodotto per attrito nel liquido, Joule trovava quindi il rapporto tra i due valori.

Legge di Joule per i gas perfetti

In una trasformazione isotermica, l'energia interna di un gas perfetto non dipende dalla pressione.

Bibliografia

Scientific Papers of James Prescott Joule, 2 voll., Londra, 1884-87, ried. 1963; O. Reynolds, Memoir of James Prescott Joule, Manchester, 1892; A. Wood, Joule and the Study of Energy, Londra, 1925; J. G. Crowther, British Scientific of the Nineteenth Century, Londra, 1962, G. Jones, Joule's Early Researches, in “Centaurus”, 1968; E. S. Barr, James Prescott Joule and the Quiet Revolution, in “Physics Teacher”, 1969.