Cuando nació Joule, su familia vivía en New Bailey Street, Salford, junto a su cervecería. Debido a problemas de salud en su juventud, Joule asistió a una escuela en Pendlebury, cerca de Salford.
Joule siguió a su padre en la elaboración del vino desde que era un niño y no tuvo educación formal. Cuando era joven, Joule conoció al famoso químico Dalton gracias a la presentación de otros. Dalton le dio a Joule una instrucción entusiasta y le enseñó conocimientos de matemáticas, filosofía y química, lo que sentó las bases teóricas para las investigaciones posteriores de Joule. Además, Dalton le enseñó a Joule el método de investigación científica de combinar teoría y práctica, lo que inspiró el interés de Joule por la química y la física y, con su apoyo, decidió dedicarse a la investigación científica.
En 1840, envió su primer artículo importante a la Royal Society. En el artículo, señalaba la relación entre el calor emitido por un conductor eléctrico y la intensidad de la corriente, la resistencia del conductor y el tiempo de energización. es la ley de Joule.
Joule propuso la ley de conservación y transformación de la energía: La energía ni desaparece ni se crea de la nada. Sólo puede convertirse de una forma a otra, o de un objeto a otro, mientras. la cantidad total de energía permanece sin cambios, sentando las bases para la primera ley de la termodinámica (el principio de inmortalidad de la energía).
En 1834, Joule y su hermano menor Benjamin (16 años) fueron enviados a estudiar con Dalton en la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester. Los Joule estudiaron aritmética y geometría con Dalton durante dos años. Dalton se retiró más tarde debido a un derrame cerebral. Pero esta experiencia con Dalton afectó la vida de Joule. Más tarde, Joule fue asesorado por John Davis (conferencista). Los hermanos Joule estaban fascinados por la electricidad. Experimentaron con descargas eléctricas entre sí y con los sirvientes domésticos.
Joule ingresó en la Universidad de Manchester en 1835 bajo la dirección de Dalton. Después de graduarse, comenzó a dirigir su propia cervecería, que estuvo muy activa hasta 1854, cuando la vendió. La ciencia comenzó como un pasatiempo para Joule hasta que comenzó a investigar la viabilidad de reemplazar la máquina de vapor en una cervecería por un motor eléctrico recién inventado.
En 1838 se publicó su primer artículo científico sobre la electricidad en los "Annals of Electricity". La revista académica fue fundada y presidida por el colega de Davis, William Sturgeon.
En 1840, ideó la fórmula de la ley de Joule, con la intención de sorprender a la Royal Society, pero más tarde descubrió que sólo se le consideraba un aficionado en el campo. Cuando Sturgeon se mudó a Manchester en 1840, él y Joule se convirtieron en el núcleo intelectual de la ciudad. Estuvieron de acuerdo en que la ciencia y la teología deberían y podrían fusionarse. Joule comenzó a dar conferencias en la Galería Real Victoria de Ciencias Prácticas en Sturgeon.
Más tarde se dio cuenta de que el calor producido al quemar 65,438 0 libras de carbón en una máquina de vapor era cinco veces mayor que el producido al consumir 65,438 0 libras de zinc en la batería Grove (una de las primeras baterías). El estándar habitual de "carga económica" para julios es la capacidad de levantar 1 pie con 1 libra, o pie-libra (inglés: pie-libra (energía)).
Joule, influenciado por las ideas de Franz Epinus, intentó explicar la electricidad y el magnetismo en términos de átomos rodeados de "éter caliente en estado de vibración".
El interés de Joule, sin embargo, pasó de una cuestión económica estrecha de cuánto trabajo se podría extraer de una fuente determinada a pensar en la transferibilidad de la energía.
En 1883, publicó algunos resultados experimentales que demostraban que los efectos térmicos que cuantificó en 1841 se debían al calor del propio conductor, más que al calor de otras partes del dispositivo. Esta conclusión fue un desafío directo a la teoría calórica de la época. La teoría calórica sostiene que el calor no se puede crear ni destruir. Desde que Lavoisier propuso la teoría calórica en 1783, ésta ha sido la teoría dominante en el campo de la ciencia térmica.
La influencia de Lavoisier, junto con el éxito práctico de la teoría calórica de los motores térmicos de Nicolas Carnot desde 1824, hizo que el futuro del joven Joule, que no estaba ni en la academia ni en la ingeniería, pareciera lleno de obstáculos. Los defensores de la teoría calórica están dispuestos a señalar que la simetría del efecto termoeléctrico muestra que la energía térmica y eléctrica se pueden convertir entre sí (al menos aproximadamente) mediante procesos reversibles. En 1837, Joule instaló una máquina electromagnética alimentada por una batería y publicó un artículo sobre ella que llamó la atención.
En 1840, Joule colocó una bobina toroidal en un tubo de ensayo lleno de agua y midió la temperatura del agua a diferentes intensidades y resistencias de corriente. En febrero de 65438, Joule leyó un artículo sobre el calentamiento de la corriente eléctrica en la Royal Society, proponiendo la ley del calor generado por la corriente eléctrica que pasa a través de un conductor. Poco después, el físico ruso Lengz descubrió de forma independiente la misma ley, también llamada ley de Joule-Lenz.
En 1843, Joule diseñó un nuevo experimento. Enrolle una pequeña bobina alrededor del núcleo de hierro, mida la corriente inducida con un amperímetro, coloque la bobina en un recipiente lleno de agua, mida la temperatura del agua y calcule el calor. Este circuito está completamente cerrado y no tiene fuente de alimentación externa. El aumento de la temperatura del agua es sólo el resultado de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica y de la conversión de energía eléctrica en energía térmica. No hay transferencia de calor ni de masa en todo el proceso. Este resultado experimental niega completamente la teoría calórica.
El 21 de agosto de 21843, Joule informó en su artículo "Sobre el efecto térmico del electromagnetismo y el valor mecánico del calor". En su artículo, decía que 1 kcal de calor equivale a 460 kg · m de. trabajo, su informe no recibió apoyo ni una fuerte respuesta, y luego se dio cuenta de que se necesitaban experimentos más precisos.
En 1844 Joule estudió los cambios de temperatura del aire durante la expansión y la compresión, y logró muchos resultados al respecto. Al estudiar la relación entre la velocidad de las moléculas de gas y la temperatura, Joule calculó la velocidad térmica de las moléculas de gas, sentando teóricamente las bases para la ley de Boyle-Edham Mallot y la ley de Gay-Lussac, que explican la naturaleza de la presión del gas en las paredes.
En 1852, descubrieron que cuando los gases que se difunden libremente pasan de un recipiente de alta presión a un recipiente de baja presión, la temperatura de la mayoría de los gases y del aire disminuye. Este fenómeno llegó a conocerse como efecto Joule-Thomson. Este efecto se utiliza ampliamente en criogenia y licuefacción de gases. Joule también hizo un trabajo muy valioso para el desarrollo de la máquina de vapor.
En 1847, Joule llevó a cabo un experimento que se considera la idea de diseño más ingeniosa hasta la fecha: puso agua en el calorímetro, instaló un eje giratorio con paletas en el medio y luego dejó caer el El peso hace que las cuchillas giren. Debido a la fricción entre las palas y el agua, tanto el agua como el calorímetro se calientan.
Según la altura del peso que cae, se puede calcular el trabajo mecánico de conversión; según la temperatura creciente del agua en el calorímetro, se puede calcular el valor creciente de la energía interna del agua. calculado. Comparando estos dos números, podemos obtener un valor exacto del equivalente mecánico del calor. Joule también realizó experimentos utilizando aceite de ballena en lugar de agua, y el equivalente mecánico promedio de calor fue de 423,9 kg·m/kcal. Luego se utilizó mercurio en lugar de agua y el método experimental se mejoró continuamente hasta 1878. En este momento han pasado casi cuarenta años desde que inició este trabajo y se han realizado más de 400 experimentos de diversas formas.
Cuando Joule volvió a presentar sus resultados en la reunión de la Sociedad Científica Británica en 1847, todavía no recibió apoyo. Muchos científicos dudaron de su conclusión y creyeron que la conversión entre diversas formas de energía era imposible. No fue hasta 1850 que otros científicos obtuvieron la ley de conservación y conversión de energía utilizando diferentes métodos, y sus conclusiones fueron las mismas que las de Joule. Sólo entonces se reconoció el trabajo de Joule.
En 1850, Joule se convirtió en miembro de la Royal Society por sus importantes contribuciones a la física. Tenía entonces 32 años y dos años después le concedieron la Medalla Real. Muchas academias de ciencias extranjeras también le otorgaron altos honores. Aunque Joule siempre persistió en las mediciones experimentales, lamentablemente su creatividad científica, especialmente en conceptos físicos, disminuyó prematuramente.
En 1875, la Asociación Científica Británica le encargó medir con mayor precisión el equivalente mecánico del calor. Su resultado es 4,15, que está muy cerca de 1 caloría = 4,184 julios. En 1875, la situación económica de Joule no era tan buena como antes.
El hombre que alguna vez fue rico pero sin un estatus determinado se encontró en dificultades financieras. Afortunadamente, sus amigos le ayudaron a conseguir una pensión de 200 libras esterlinas al año, lo que le permitió mantener una vida modesta pero cómoda. A los 55 años su salud se deterioró y su labor investigadora se ralentizó. Cuando tenía sesenta años, Joule publicó su último artículo.
Junio 1889 65438 El 11 de octubre, Joule murió por ablandamiento.