詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule；1818年12月24日－1889年10月11日），英國物理學家，出生於曼徹斯特近郊的沙弗特（Salford）。
焦耳沒有上過學校，十五歲以前在家自學。因爲家業的関係，他自小對釀酒很有興趣，更在家自學化學及物理學。他在16歲時跟著英國物理兼化學學家約翰·道爾頓學習。完成學業後，開始經營自家釀酒厰，他希望以電動機代替蒸汽機。他的第一件研究便是尋求了改進電動機效率，這使他注意到熱量產生的問題。
他的第一篇重要的論文於1840年被送到英國皇家學會，當中指出電導體所發出的熱量與電流強度、導體電阻和通電時間的關係，此即焦耳定律。1847年焦耳與英國著名物理學家凱爾文勳爵（Lord Kelvin 即William Thomson）合作進行能量守恆等問題的研究。1849年焦耳提出能量守恆與轉化定律：能量既不會憑空消失，也不會憑空產生，它只能從一種形式轉化成另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而能的總量保持不變，奠定了熱力學第一定律（能量不滅原理）之基礎。
1850年焦耳當選為英國皇家學會院士。1866年由於他在熱學、熱力學和電方面的貢獻，皇家學會授予他最高榮譽的科普利獎章（Copley Medal）。後人為了紀念他，把能量或功的單位命名為「焦耳」，簡稱「焦」；並用焦耳姓氏的第一個字母「J」來標記熱量。
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[编辑] 簡易生平
- 1818年12月24日，詹姆斯‧普雷斯科特‧焦耳生於蘇格蘭北部曼徹斯特城的郊外沙弗特（Salford）。
- 1834年，焦耳進入曼徹斯特松樹街（ PineStreet）道爾頓的學校就讀。
- 1843年，焦耳以蒸汽引擎為研究對象，他發現當時最佳的「可尼斯蒸汽引擎」（Cornish Stream Engines）所產生的熱量換算成作功的機械能量，竟然是引擎實際作功的十倍。
- 1847年，聖安德得烈大學（St. Andrews University）自然哲學系主任出缺，學校接受各方推薦，焦耳成為最佳候選人。
- 1847年，焦耳提出「電、磁、光、聲波、化學反應，是不同型態的能量。
- 1850年，焦耳入選為英國「皇家協會」的研究員。
- 1852年，焦耳與湯姆生共同發表「氣體（二氧化碳）體積膨脹時，會產生溫度降低的效應」，後來這又稱為「焦耳－湯姆生效應」（Joule-Thomson Effect），這是冷凍工業發展的基石。
- 1856年，焦耳發表〈以攝影技術研究流體在河底邊界層的摩擦研究〉。
- 1857年又發表「從攝氏0 度到攝氏4 度時水的體積縮小，攝氏4 度以上，水的體積又膨脹。水在攝氏4 度時，密度最大。」
- 1858年，焦耳發表「都市污水最好的處理方法，不是直接倒入河川，而是排入土壤表面，成為土地所需的肥料。」
- 1859年焦耳發表〈物體在空氣中高速運動時表面的散熱作用〉。
- 1860 年，焦耳以傑出的研究獲選為「曼徹斯特文學與哲學學會」（Manchester Literary and Philosophical Society）主席，同時擔任聖安娜教會（St. Ann Church）的科學講座。
- 1870年以後，焦耳就很少發表新的研究報告，他仔細反覆地量測他年輕時所做的研究。
- 1872年，焦耳向政府建議成立「國家科學會」（Board of Science）
- 1873年，經常性的流鼻血干擾了焦耳的研究能力。
- 1882年，焦耳辭去「曼徹斯特文學與哲學學會」主席的工作
- 1889年10月11日焦耳病逝，死前留下一張紙條，寫著：「我已感到科學逐漸走向一個危機－科學的誤用。」
[编辑] 早年
傑里的兒子焦耳（1784年至1858年），是一個富裕的釀酒商，1818年12月24日，詹姆斯斯科特焦耳出生在索爾福德新貝利街的焦耳家啤酒廠毗鄰。詹姆斯是在一家名為'布魯姆希爾'裡被輔導，彭德爾伯里，近索爾福德，直到1834年當他被送到他的哥哥本傑明，與約翰道爾頓在曼徹斯特研究文學和哲學社會。兩人只接受兩年的教育，算術和幾何。道爾頓由於中風被迫退休。但是，道爾頓的影響作出了深刻的印象一樣，他的同夥，化學家威廉曼徹斯特的工程師亨利和彼得尤爾特和伊頓霍奇金森。焦耳後來被約翰戴維斯輔導。迷上了電，他和他的兄弟實驗是電擊彼此和家庭的僕人。焦耳成為啤酒廠的經理並对銷售的業務产生了積極的作用，直至1854年。科學是一種業餘愛好，但他很快就開始調查新發明的電動馬達的可行性並取代啤酒廠的蒸汽機。1838年，他的第一篇科學論文的電費是「電力紀事」貢獻，科學期刊創辦和經營的是戴維斯的同事威廉鱘魚。他制定了焦耳的法律，並希望在1840年英國皇家學會留下深刻的印象裡面，而不是最後一次，他被認為是一個單純的省級業餘愛好者。當鱘魚在1840年搬到曼徹斯特，焦耳成為一個圓的核心城市的知識分子。兩人共用類似的同情，科學和神學應該可以進行整合。焦耳接著講學鱘魚的皇家維多利亞畫廊實踐科學。
他繼續了解到在蒸汽機裡燃燒一磅的煤，比在Grove cell(一種早期的電池)中燃燒一磅的鋅多產生五倍的功率。焦耳一般規格的節約功率曾經舉起一磅(呎-磅)。焦耳曾被Franz Aepinus的思想所影響而由原子被產生熱的乙醚包圍在不安定的晃動狀態裡的觀點中，試著解釋電學中的磁學的現象。
然而，焦耳的興趣從狹隘的節約功率問題，轉移到有多少功在給予的源頭時就已被取得，引導他思考一些有關可轉換的能源。在1843年時他出版實驗的成果顯示，由他在1841年量化的加熱效果源於導體裡的熱的產生轉移到另一個部分的裝備，這對卡路里學說裡支持「熱量既無法被製造，也無法被破壞」的原則來說是一個直接的挑戰。卡路里學說早已在1783年被安托万-洛朗·德·拉瓦锡提出時就已在熱量學說中佔有主要地位。Lavoisier的聲望和Sadi Carnot的在1824年的卡路里學說中加熱引擎的實際成就，保護了年輕的焦爾不管是在外面、學術界或是工程師，都有一條艱難的路在前方。卡路里學說的支持者很快的指出與帕耳帖效應中的對稱性，而聲稱熱量和電流是可轉換的，或至少是能以反向轉換來模擬的。
[编辑] 力學等量的熱
焦耳在他1845年裡的報告中寫道:
“…力學的力量發揮在磁力發電機中會經由線圈的電磁感應而轉變成熱量，另外，被電鍍的具有磁性的機械之原動力，存在於因為電池的化學反應處理過後而產生的熱量。
焦耳採納了vis viva(一種能源)的表達方式，極有可能是因為Hodgkinson已經再1844年四月獲悉一個有關Ewart的 “ 行進中力量的測量 ” 給文藝和社會哲學界的評論。
焦耳更進一步的經驗與測量領導他判斷力學的力量發揮以838 ft•lbf的功把一磅的水提高華氏一度。1843年，他在科克城裡的化學界中的 “ 英國科學自然發展公會 ” 宣佈他的實驗成果，之後卻被忽略與忘卻。
但是焦耳還是無懼的繼續做研究，他開始尋找純粹力學證明功轉換成熱。使用迫使水穿過有穿孔的圓柱的方式，他能夠測量微量加熱的黏性液體。他獲得的數據是770 ft•lbf/Btu (4.14 J/cal)。這個事實使的這個測量標準得到電力學和純力學的承認，被歸為一大重要秩序。對焦耳來說，是一個對功與熱可轉換的這項事實的重要証明。 焦耳繼續嘗試了第三條途徑。他開始測量在壓縮的氣體中由熱產生的功。他得到機械等值的數字823 ft•lbf/Btu (4.43 J/cal)。在很多方面，這個經驗提供著摒持批評態度對待焦耳的人一個最簡易的目標，但是焦耳以熟練實驗的除掉了預期中的障礙。然而，他的研究報告被上流社會否決，而且必須被容納於Philosophical Magazine(哲學雜誌)。在焦耳的這份研究報告中，他直截了當的指出摒棄Carnot and Émile Clapeyron的卡路里學說，但也因為如此，他的學說對神學的刺激越來越明顯:
“我認為這個學說…被反對承認哲學原理是因為這個原理所引導出來的結論內容為vis viva會被不合適性質的機械摧毀:如此一來Mr Clapeyron汲取出的”當火的溫度開始高於容器1000度到2000度，而熱量從火爐轉移到容器時，vis viva會產生巨大的耗損”的結果。”認為要被摧毀的力量屬於創造者純粹是我斷言…任何一個理論實行需要力量的消滅必定是錯誤的。”焦耳在1845年時在劍橋讀了他的研究報告On the mechanical equivalent of heat給英國聯盟會議。在這個研究報告中，他描述了他最有名的經驗，牽涉到隔離在一桶水中，落下的重量編造一個明輪所增加的溫度正是他所測量的。他估計等量機械為819 ft•lbf/Btu (4.41 J/cal)。在1850年，焦耳出版了一個772.692 ft•lbf/Btu (4.159 J/cal)之精密的測量結果，與在20世紀時的估計值相當的接近。
[编辑] 接待和優先
為優先的爭論與 Mayer，熱功當量：優先級
大部分的初始阻力為焦耳的工作其依賴於非常精確的測量。他聲稱能夠測量溫度到1 /200一華氏度（3旺角）。這種精確肯定是不常見的當代實驗物理，但懷疑者可能忽略了他的經驗，在醞釀和他的藝術進入實用技術。他還出色地支持科學儀器製造商John Benjamin Dancer。
然而，在德國，赫爾曼亥姆霍茲意識到焦耳的工作和1842年朱利羅伯特馮邁耶兩人都有類似的工作。雖然兩人已被忽視，因為他們各自的出版物，亥姆霍茲的1847年宣言明確節約能源計入他們。此外，在1847年，另一個焦耳藝術在英國協會上牛津出席了喬治加布里埃爾斯托克斯，邁克爾法拉第和早熟、特立獨行的威廉湯姆森，後來成為開爾文勳爵，他剛剛被任命為自然哲學的教授在格拉斯哥大學。斯托克斯是“願意成為一個 Joulite“對法拉第“十分著迷“的人，儘管他懷有疑慮。湯姆森很感興趣，但持懷疑態度。
意料之外，湯姆遜與焦耳今年末在夏蒙尼會面了。Joule在8月18日嫁給了Amelia Grimes，然後兩人度蜜月去了。儘管婚姻的熱情，焦耳和湯姆遜安排幾天後實驗測量Cascade de Sallanches的瀑布頂部和底部的溫度差，雖然事後證明這是不切實際的。
湯姆森認為，雖然焦耳的業績要求的是理論解釋，他又回到了一所有著激烈的防衛的卡諾-克拉珀龍學校。他在1848年發明絕對溫度，湯姆遜寫道：“轉換的熱量（或熱）轉變為機械效應可能是不可能的，當然未被發現的則是一個腳註暗示他的第一個懷疑的熱量理論，指的焦耳的發現是個“非常了不起的發現“。令人驚訝的是，湯姆森沒有派給焦耳一份文件，但是當他最終讀焦耳湯姆森說，他在10月6日聲稱他的研究已經證實的熱量轉化成工作，但他正計劃進一步試驗。湯姆森27日說，他透露自己的實驗計劃，希望為他們和解兩種觀點。湯姆遜雖然沒有進行新的實驗，但在未來兩年，他越來越不滿卡諾的理論並深信焦耳的理論。在他1851年的論文，湯姆遜願意再讓步超過一妥協，宣布
“整個理論的動力是建立在熱......兩個命題，分別因焦耳，卡諾和克勞修斯和“。
只要焦耳閱讀這份文件，他寫信給湯姆遜提供他的意見和問題。從而開始了富有成果的，雖然大部分書信，是兩人之間的協作，焦耳進行實驗，湯姆遜分析結果，並提出進一步的實驗。該合作歷經1852年至1856年，它的發現包括的Joule - Thomson效應，並公佈結果，但把實現全面驗收焦耳的工作和動力學理論。
[编辑] 分子運動論
分子運動論是一種有關物體移動的理論。焦爾是一個道爾頓市的青年，毫無疑問的他已經是原子論的虔誠信徒，即便有許多與他同期的科學家對此仍抱持懷疑得態度。他也曾經是少數人中能夠接受John Herapath原子論中的”氣體”~被廢棄的報告。他同樣也深受1813年Peter Ewart's的研究報告On the measure of moving force地影響。
焦爾察覺了他自己的研究和原子論中的關聯性。他研究室中的筆記表現出他相信熱量能夠成為形式的流轉循環，而不是平移的動作運行。
焦爾無法忍受在Francis Bacon,Sir Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson (Count Rumford)和Sir Humphry Davy的研究報告中找到他之前的研究經驗與觀點。雖然這是有正當理由的，焦爾從Rumford的出版文章中去估計等量機械在1034 foot-pound時的熱量。而有些評論家已批評Rumford的研究經驗早已無法再次呈現系統已量化的測量結果。在他其中一個私人札記裡，爭論到Mayer的測量值沒有Rumford的精確，大概希望Mayer還沒預先考慮到他自己的研究。在1869年，焦爾把原因歸咎於the Green Flash phenomenon，並寫信至Manchester Literary 和Philosophical Society。
[编辑] 榮譽
焦耳死於在Sale的家中，遺體是埋在布魯克蘭茲墓地那裡。墓碑刻有數字“772.55”，他在更年期1878年的測量熱功當量，並與Gospel of John報價，“我必須對他的作品就像在對待我的一樣，而這是天：夜晚降臨，當沒有人可以工作”（9:4）。
- 英國皇家學會院士（1850年）
- 皇家獎章（1852年）
- 科普利獎章（1870年）
- 總統曼徹斯特文學和哲學學會，（1860年）
- 英國總會會長為科學進步，（1872年，1887年）
- 榮譽學位：
法學博士，都柏林三一學院（1857年）
DCL中，牛津大學（1860年）
法學博士，愛丁堡大學（1871）
- 他收到了民事名單養老金每年200英鎊並在1878年服務於科學
- 阿爾伯特獎章皇家藝術協會（1880年）。
- 在Westminster Abbey合唱團有紀念焦耳，但他不埋葬在那裡，相反的是一些傳記狀態。
雕像由阿爾弗雷德•吉爾伯特打造，屹立在曼徹斯特市政廳對面的道爾頓。
- 有一個名叫 Wetherspoon的酒吧以他命名的銷售中心
