As ideias de Joule sobre energia não foram primordialmente aceitas, em partes porque elas dependiam de medições extremamente precisas, o que não era tão comum em física. No seu experimento mais bem conhecido (que envolvia a queda de um corpo que fazia girar uma haste com pás dentro de um recipiente com água, cuja temperatura ele mediu), era necessária a precisão de 1/200 grausFahrenheit, o que seus contemporâneos não achavam possível. Os trabalhos de Joule complementam o trabalho teórico deRudolf Clausius, que é considerado por alguns como coinventor do conceito de energia.
Resistências vieram, pois o trabalho de Joule contrariava o que todos da época acreditavam, que o calor era um fluido, o "calórico", e esse fluido não podia ser destruído nem mesmo criado. Joule, no entanto, dizia que o calor era apenas uma das formas de energia, e somente a soma de todas as formas é que permanecia conservada. Hoje em dia pode ser difícil entender tal atração na teoria do calórico, na época, essa teoria aparentava ter algumas vantagens óbvias. Joule estava propondo umateoria cinética do calor,[1] que viria a requer um conceito a mais: se o calor é devido a agitação dasmoléculas, por que então essa agitação não perdia sua intensidade gradualmente? As ideias de Joule necessitavam que se acreditasse que as colisões entre as moléculas seriam perfeitamente elásticas, mas devemos lembrar que os conceitos deátomos e moléculas ainda não eram completamente aceitos. A teoria de máquinas de calor deCarnot funcionava perfeitamente e era baseada no fato da existência do calórico, e somente depois foi provado por Lorde Kelvin que a matemática de Carnot seria igualmente válida sem se assumir a existência do calórico.
A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência datermodinâmica. Joule e seus contemporâneos não entendiam inicialmente que os processos termodinâmicos deveriam ser irreversíveis. Eles viam a energia no universo como sendo um processo que poderia ser repetido indefinidamente através da reciclagem da mesma energia. Essa ideia, no entanto, só veio a cair com a descoberta daSegunda Lei da Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta daentropia.
Filho de Benjamin Joule (1784-1858), um rico cervejeiro, Joule foi educado em casa, em Salford, até 1834 quando foi enviado, com seu irmão Benjamim, para estudar comJohn Dalton na Sociedade Literária e Filosófica de Manchester. Os dois só receberam educação por dois anos emaritmética egeometria, até que Dalton foi forçado a se aposentar devido a umacidente vascular cerebral. Entretanto, a influência de Dalton deixou marcas duradouras assim como a de seus associados, oquímicoWilliam Henry e os engenheiros de ManchesterPeter Ewart eEaton Hodgkinson.[1] Joule foi posteriormente tutelado porJohn Dalton. Fascinado poreletricidade, ele e seu irmão faziam experiências dando choques elétricos em si e nos empregados da família.[2]
Joule tornou-se um gerente da fábrica de cerveja e tinha um papel ativo até a venda do negócio em 1854. A ciência era um hobby, mas ele logo começou a investigar a viabilidade da substituição domotor a vapor da cervejaria pelo recém-inventadomotor elétrico. Em 1838, seus primeirosartigos científicos sobre a eletricidade foram contribuições paraAnnals of Electricity, arevista científica fundada e conduzida porWilliam Sturgeon, colega de Davies. Ele descobriu aLei de Joule em 1840[3] e esperava impressionar aRoyal Society, mas notou, não pela última vez, que ele era visto como um mero amador provinciano. Quando Sturgeon se mudou para Manchester em 1840, Joule e ele se tornaram o núcleo de um círculo de intelectuais da cidade. Os dois compartilhavam simpatias similares de que ciência e teologia podem e devem ser integradas. Joule continuou a palestrar na Galeria Real Vitória de Prática Científica de Sturgeon.[2]
Passou a perceber que a queima de umalibra de carvão em uma máquina a vapor produzia rendimento cinco vezes maior que uma libra dezinco consumida em umacélula elétrica de Grove,[4] uma primitivabateria elétrica.[5] O padrão comum de Joule de "rendimento econômico" foi a capacidade de obtenção de uma libra pela altura de um pé, apé-libra.[2][6]
Joule foi influenciado pelas ideias deFranz Aepinus e tentou explicar os fenômenos da eletricidade e domagnetismo em termos deátomos rodeados por um "éter calorífico em um estado de vibração".[2]
Contudo, o interesse de Joule desviou-se da estrita questão financeira para o de quanto trabalho pode ser extraído de uma determinada fonte, levando-o a especular sobre a convertibilidade daenergia. Em 1843 publicou os resultados de experimentos mostrando que o efeito docalor que tinha quantificado em 1841 foi devido à geração de calor nocondutor e não sua transferência de outra parte do equipamento.[7] Esta foi uma objeção direta àteoria calórica que dizia que o calor não pode ser nem criado nem destruído. A teoria calórica havia dominado o pensamento na ciência do calor desde que fora introduzida porAntoine Lavoisier em 1783. O prestígio de Lavoisier e o sucesso prático damáquina de calor da teoria calórica deSadi Carnot desde 1824 garantiam que o jovem Joule, que não trabalhava nem naacademia nem na profissão de engenheiro, teria um caminho difícil pela frente. Os defensores da teoria calórica prontamente apontaram para a simetria doefeito Peltier-Seebeck para alegar que o calor e a corrente eram convertíveis, pelo menos aproximadamente, por umprocesso reversível.[2]
«On the Mechanical Equivalent of Heat».Notices and Abstracts of Communications to the British Association for the Advancement of Science.15. 1845b Associação Britânica em Cambridge, junho de 1845.
↑A unidade de Joule do pé-libra corresponde a uma medida moderna deenergia. A energia necessária para levantar uma massa,m, até a alturah émgh, ondeg é ogravidade padrão. A unidade de Joule é dimensionalmente correta, se interpretada comoforça pé-libra. Onde é empregado oSistema Internacional de Unidades (como nos países lusófonos), essa energia é dada em termos doepônimojoule: 1 pé-libra = 1,356 J.
↑Joule, James Prescott (1843). «On the calorific effects of magneto-electricity, and on the mechanical value of heat».Philosophical Magazine, Series 3.23: 263–276
Reynolds Osbourne (1892).Memoir of James Prescott Joule (em inglês). Manchester: Manchester Literary and Philosophical Society. Consultado em 11 de outubro de 2012
C. Smith (1998).The Science of Energy: A Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain (em inglês). Londres: Heinemann.ISBN0-485-11431-3
Smith, C. & Wise, M.N. (1989).Energy and Empire: A Biographical Study of Lord Kelvin (em inglês). [S.l.]: Cambridge University Press.ISBN0-521-26173-2 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
James Prescott Joule and the Concept of Energy (em inglês). [S.l.]: Watson. 1979.ISBN0-88202-170-2
James Walker (1950).Physics 4th Edition (em inglês). [S.l.]: Pearson.ISBN978-0-321-54163-5
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