JAMES PRESCOTT
JOULE lebte in einer Zeit, in der sich die Naturwissenschaften und die Technik
stürmisch entwickelten, grundlegende Gesetze wie der Energieerhaltungssatz
oder das Induktionsgesetz gefunden wurden und zahlreiche Erfindungen (Glühlampe,
Dynamomaschine, Phonograph) gemacht wurden. Dafür stehen die Namen
solcher Zeitgenossen wie HERMANN VON HELMHOLTZ (1821 - 1894), WERNER VON
SIEMENS (1816 - 1892), THOMAS ALVA EDISON (1847 - 1931), GEORG SIMON OHM,
MICHAEL FARADAY (1791 - 1867) oder JULIUS ROBERT VON MAYER (1814 - 1878).
Das 19. Jahrhundert war zugleich ein Jahrhundert großer gesellschaftlicher
Veränderungen mit der Herausbildung verschiedener Nationalstaaten und
der Durchsetzung bürgerlicher Ideen. Die gesamte wirtschaftliche Entwicklung
ist charakterisiert durch die Herausbildung der kapitalistischen Produktionsweise.
Sein Leben
Über das Leben und die Biografie von JAMES PRESCOTT JOULE ist relativ
wenig bekannt.
Er wurde am 24.12.1818 in dem kleinen Ort Salford bei Manchester geboren.
Bereits in jungen Jahren trat er in die elterliche Brauerei ein. Neben
dieser Tätigkeit nahm er Unterricht in Mathematik und Naturwissenschaften
und beschäftigte sich mit physikalischen Problemen.
1834 studierte er bei dem berühmten Chemiker JOHN DALTON (1766 -
1844) Chemie. 1837 richtete er sich ein kleines Labor ein, das von verschiedenen
wissenschaftlichen Vereinen finanziert wurde. 1847 begann seine Zusammenarbeit
mit LORD KELVIN (1824 - 1907).
Als er in seinen späten Jahren in finanzielle Schwierigkeiten geriet,
gewährte ihm die englische Königin VICTORIA eine Pension. JOULE
starb 1889 in Sale in der Nähe von London.
Seine wissenschaftlichen Leistungen
Bei seinen wissenschaftlichen Untersuchungen ging JOULE meist von praktischen
Problemen aus. So beschäftigte ihn die Frage, ob die neu erfundenen
Elektromotoren als Antriebsmaschinen praktisch und wirtschaftlich nutzbar
sind. Er kam zu dem Ergebnis, dass dies nicht der Fall sein kann, weil
die Energie des Motors durch den Verbrauch
des sehr teuren Zinks in der Batterie entsteht. Das brachte ihn auf die
Idee, den Zusammenhang zwischen mechanischer
Arbeit, Wärme
und elektrischer Arbeit genauer zu untersuchen, auch quantitativ.
Zur damaligen Zeit gab es noch keinen einheitlichen Energiebegriff. Die
Wärme wurde in Kalorien (cal) und mechanische Arbeit in Kilopondmeter
(kpm) gemessen. Als erstes Ergebnis seiner Experimente entdeckte er 1840,
also im Alter von 21 Jahren, das Gesetz über die Stromwärme:
Die von einem stromdurchflossenen Leiter erzeugte
Wärme Q ist proportional dem Quadrat der
Stromstärke I 
.
Ursprüngliches Ziel dieser Untersuchung war die Frage, ob es sich
um eine echte Erzeugung von Wärme handelt oder ob an anderen Stellen
der Versuchsanordnung eine Abkühlung auftritt. Als JOULE statt einer
Batterie die 1832 von seinem Landsmann MICHAEL FARADAY entdeckte elektromagnetische
Induktion zur Spannungserzeugung für seine Wärmeexperimente
nutzte, wurde ihm schnell klar, dass er hier trotz des Umweges über
den elektrischen Strom ein einfaches Beispiel für die Umwandlung
mechanischer Arbeit in Wärme vor sich hatte. Alles an der Anordnung
war überschaubar, die Messungen einfach durchführbar. Damit
bestimmte JOULE erstmalig 1843 das mechanische
Wärmeäquivalent, also
das Verhältnis der aufgewendeten mechanischen Arbeit zur dadurch
erzeugten Wärme. Diese physikalische Größe hat er in den
folgenden Jahren auf sehr unterschiedlichen Wegen immer wieder bestimmt.
Stets ergab sich der Wert (im Rahmen von Messfehlern):
1 kcal 
427
kpm
Mit diesen Untersuchungen wurden zugleich entscheidende
Vorarbeiten für die Formulierung des allgemeinen
Energieerhaltungssatzes geleistet, der besagt, dass Energie weder
entstehen noch verloren gehen kann, sondern nur von einer Energieform
in andere Energieformen umgewandelt oder von einem Körper auf andere
Körper übertragen werden kann.
Später, nachdem der Satz von der Erhaltung der Energie allgemein
anerkannt war, wurde das "entspricht"-Zeichen ( )
durch das Gleichheitszeichen ersetzt. Heute haben wir Schwierigkeiten,
das damalige Problem überhaupt zu verstehen, messen wir doch Energie
heute nur noch in einer Einheit: Joule (J). Damit wurden die wissenschaftlichen
Leistungen von JOULE gewürdigt.
In der Mitte des 19. Jahrhunderts beschäftigten sich viele Naturwissenschaftler
mit dem Problem des Zusammenhanges zwischen Wärme und Arbeit, überhaupt
zwischen verschiedenen Bereichen der Natur. Dazu gehören neben JOULE
z. B. JULIUS ROBERT VON MAYER, HERMANN VON HELMHOLTZ und BENJAMIN
THOMPSON (GRAF RUMFORD) (1753 - 1814).
Vier Gründe lassen sich dafür angeben, dass zu dieser Zeit so
viele Forscher die Grundideen des Energieerhaltungssatzes und damit auch
des 1. Hauptsatzes der Wärmelehre
als einer Form des Energieerhaltungssatzes fanden:
- Die Entdeckung der Verbindung zwischen verschiedenen Gebieten der Physik;
- die Tendenz, alles auf die Mechanik zurückzuführen als Fortführung der Ideen NEWTONs;
- die (nachträgliche) wissenschaftliche Analyse der Dampfmaschine;
-
die Suche nach einem einheitlichen Grundprinzip der Natur.