James Prescott Joule


James Joule nació en 1818 en Manchester, Inglaterra.  A través de su extensa investigación, Joule estableció que las diferentes formas de energía - eléctrica, mecánica y caloríca - pueden cambiar de forma entre ellas y ser intrínsecamente las mismas, él basó la Ley de Conservación de Energía en este descubrimiento. Su padre, un hombre adinerado, era dueño de una cervecería,  y al morir, la heredó a Joule. La riqueza familiar, así como el dinero ganado en la cervecería, permitieron a Joule patrocinar sus propios experimentos. Además de sus contribuciones científicas, Joule también inventó la soldadura eléctrica y la bomba de desplazamiento.  

Durante su niñez, Joule padeció de un desorden espinal que lo obligó a hacer la mayoría de su instrucción escolar en casa. Esta situación también produjo que Joule escogiera los estudios sobre pasatiempos que demandaban actividad física. Aunque Joule empezó a trabajar en la cervecería familiar a los 15 años, él continuó tomando clases privadas. Entre 1834 y 1837, Joule tuvo como profesor a John Dalton, un famoso químico inglés

Contribuciones a la Física

Las contribuciones más importantes que Joule hizo a la física fueron el probar que la energía no se crea ni se destruye, el encontrar el equivalente mecánico del calor y el descubrir la Ley de Joule. La idea de la conservación de energía, fue demostrada por Joule en una serie de experimentos. Durante sus primeros años de investigación, Joule demostró que el calor producido en un pequeño electro-imán construído por él mismo, se originaba de la energía eléctrica que se generaba a su vez por la energía mecánica que le daba poder al dínamo. A partir de este experimento, Joule concluyó que el calor producido en el electro-imán era energía que venía directamente del esfuerzo humano que entraba a la máquina. En un esfuerzo por cuantificar el trabajo mecánico, Joule utilizó una rueda de paletas que giraba por medio de pesas que caían, las cuales poseían energía potencial debido a su posición. Al caer, las pesas perdían la energía potencial y proporcionaban energía cinética a la rueda. Cuando la rueda de paletas giraba, revolvía el agua en una tina de cobre.  Joule notó un aumento en la temperatura del agua cada vez que una pesa caía, y al relacionar el aumento con la caída de las pesas, Joule fue capaz de demostrar que la energía mecánica de las pesas que caían era convertida en energía calórica en el agua. Joule demostró que la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura por un grado Fahrenheit de una libra de agua, requería el gasto de energía mecánica representado por la caída de 772 libras a través del espacio de un pie. Joule a través de su investigación mostró que el esfuerzo puede ser convertido a calor con un radio fijo de conversión de uno al otro y viceversa. Su principio "Conservación de Energía" se convirtió en la primera ley de la termodinámica, un campo de la física del que a menudo, se le considera fundador principal.

En 1840, Joule sometió un escrito llamado "La Producción del Calor por Electricidad Voltaica"a la Royal Society en Londres, donde descubrió que la cantidad de calor producida por segundo en un alambre o cable que conduce una corriente eléctrica, es igual a la corriente (I) elevada al cuadrado por la resistencia (R) del alambre o cable. El calor producido es la energía eléctrica perdida o desperdiciada (P). (P = I x I x R), esta relación es conocida como la "Ley de Joule". Inicialmente la Royal Society mostró poco entusiasmo por el escrito de Joule, y no publicó sus resultados completos. El trabajo de Joule en la relación del calor, la electricidad y el esfuerzo mecánico fue en su mayoría ignorado hasta 1847. En un escrito clave, en 1848, Joule fue la primera persona en calcular la velocidad de una molécula de gas, aproximadamente 1,500 pies por segundo para una molécula de oxígeno a temperatura promedio. Este descubrimiento mostraría  los fundamentos para la futura Teoría Cinética de los Gases. Científicos renombrados como Michael Faraday y George Strokes reconocieron su trabajo, y en 1849, patrocinado por Faraday, Joule leyó su escrito "En el Equivalente Mecánico del Calor" a la Royal Society. Finalmente, en 1850, la Royal Society publicó su trabajo y lo eligió como miembro. Joule también fue presidente de la Asociación Británica en 1872 y en 1887. En 1852, William Thomson (Lord Kelvin) dándose cuenta de la importancia del trabajo de Joule, empezó a trabajar con él. Thomson y Joule trabajaron juntos por ocho años y desarrollaron el "Efecto Joule-Thompson", que explica el efecto refrigerante que se experimenta cuando los gases se expanden sin hacer ningún trabajo externo sobre ellos. 

Joule reconoció la necesidad de unidades estándares de electricidad.  La Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, bajo la dirección de Maxwell, emprendió la tarea de crear unidades estándares y en reconocimiento a la contribución de Joule en relación al calor y al movimiento mecánico, nombró la unidad de energía como el "Joule".  Un joule se define como el esfuerzo hecho cuando una fuerza de un newton mueve un objeto a una distancia de 1 metro (3.3 pies) en la dirección de la fuerza.