줄(Joule, 1818～1889) 영국의 물리학자인 줄은 맨체스터의 양조장 주인 집안에서 태어났다.
그는 어렸을 때부터 아버지와 함께 양조업에 참여했으며, 정식 학교에 다닌 적이 없으며 1835년 맨체스터 대학의 교수인 돌턴을 만났다. 그의 도움으로 주울은 스스로 열심히 공부했고 마침내 뛰어난 과학자가 되었습니다.
줄은 인생의 대부분을 실험실에서 보내며 400회가 넘는 실험을 했다. 1840년, 22세의 줄(Joule)은 통전된 도체에서 발생하는 열에 대한 많은 실험을 통해 전기 에너지가 열에너지로 변환될 수 있음을 발견하고 전기 도체에서 발생하는 열은 다음의 제곱에 비례한다는 법칙을 도출했습니다. 전류 강도, 도체 저항 및 에너지 공급 시간은 줄-렌츠 법칙으로 알려져 있습니다.
이 발견을 바탕으로 주울은 다양한 형태의 운동 사이의 에너지 보존과 변환 관계를 계속해서 탐구했습니다. Joule은 자신의 논문에서 자연의 에너지는 파괴될 수 없다고 밝혔습니다. 기계적 에너지가 소비되는 곳에서는 항상 상당한 열을 얻을 수 있습니다. 열은 에너지의 한 형태일 뿐입니다. 이번 발표는 수년 동안 지배적이었던 소위 칼로리 이론의 기계적 유물론을 깨뜨려 센세이션을 일으켰습니다. 그 이후로 줄은 계속해서 실험 방법과 정확도를 개선하여 마침내 중요한 물리 상수, 즉 열일당량을 얻었습니다. 그를 기념하기 위해 후대에서는 일과 에너지의 단위를 "줄(Joule)", 줄여서 "자오(Jiao)"라고 불렀습니다.
과학적 오해에 빠진 소년
19세기 초 '영구운동 열풍'이 유럽 전역을 휩쓸었다.
"아빠, 일단 작동하기 시작하면 더 이상 에너지를 소비하지 않는 기계를 디자인하고 싶어요." 어느 날 주울은 아버지에게 천진난만하게 말했습니다.
"이게 가능해요, 제임스?" 그의 아버지가 놀라서 물었다.
"그럴 수도 있어요, 아빠." 주울은 "이미 누군가가 디자인해서 공개 전시했다고 들었어요!"라고 자신있게 대답했다.
그때부터 발명을 위해서 영원히 동기 부여를 받은 Joule은 거의 모든 여가 시간을 소비했습니다. 그는 밤을 새워 명상하고, 도면을 디자인하고, 부품을 만들고 가공하는 일을 자주 했습니다. 몇 달 간의 노력 끝에 Joule은 완전히 새로운 기계 모델을 만들었습니다.
줄이 주의 깊게 시도해 보았지만 기계 모델이 작동하지 않는 것 같았고 인력으로 움직이게 한 후 몇 번만 움직이다가 멈췄습니다.
그리고 줄은 여러 가지 개선된 디자인을 내놓았지만 모두 실패로 끝났다. 이 아름답게 보이는 기계는 사실 쓰레기 덩어리입니다.
실패는 성공의 어머니이며, 잃어버린 길의 끝은 종종 순탄한 길의 출발점이 된다. Joule은 청년이 된 후 몇 년 동안 열심히 공부하고 부지런히 실천한 끝에 마침내 부정적인 교훈에서 열 작업의 동등한 가치를 발견했으며 에너지는 한 형태에서 다른 형태로만 변환될 수 있다는 것을 점차 깨달았습니다. 아무것도 아닌 것에서.
주울은 유명해진 이후에도 미래 세대의 우회를 피하기 위해 직접 등장해 여전히 영구 운동 기계에 집착하는 이들에게 “영구 운동 기계가 되지 말고, 과학적!"
에너지 변환의 비밀을 발견했다
에너지 변환 연구에 대한 주울의 접근 방식은 다른 사람들과 달랐습니다. 그는 엄격한 정량적 실험 분석 방법을 채택했습니다. 줄(Joule)은 전류에 의해 여기되는 열을 테스트하고 열과 전류 강도 및 시간 사이의 상관관계를 결정합니다. 전류의 열 효과를 연구하면서 주울은 전기 열 등가량을 결정했습니다.
1842년 주울은 양을 정확하게 측정하기 위해 특별한 실험을 고안했습니다. 그는 단열이 잘 된 용기에 물을 채운 다음 임펠러에 담그고 임펠러를 로프 드럼으로 구동하고 로프 드럼 자체를 펜던트 웨이트에 연결하여 떨어지는 무게로 작업을 수행했습니다. 임펠러의 회전으로 인한 열량은 액체의 온도를 증가시켜 계산됩니다. 측정 후 Joule은 427kg의 미터를 작업하면 1kcal의 열이 발생할 수 있음을 발견했습니다. 유감스럽게도 Meyer의 결과와 마찬가지로 Joule의 연구 결과도 처음에는 마땅한 관심을 끌지 못했습니다.
메이어와 줄 외에도 러시아의 화학자 헤스, 독일의 물리학자 홀츠만, 덴마크의 공학자 콜딩, 독일의 중량학자이자 물리학자인 헬름홀츠, 프랑스의 물리학자 일론 등이 모두 독립적으로 에너지 보존에 관한 논문을 발표했다. 1840년대부터 1850년대 초반.
다양한 분야의 수많은 과학자들이 거의 동시에 물질의 운동 사이의 에너지 보존을 독립적으로 발견했습니다. 이러한 관점에서 물리학은 이러한 다양한 발견을 에너지 보존 법칙으로 요약했습니다.