Joule'un en büyük keşfi "mekanik ısı denklemi"ydi. Bu önemli keşif, en temel evrensel bilim kanunu olan "enerjinin korunumu" kanununa da rehberlik etmiştir.
Böylesine önemli bilimsel buluşları olan Joule, tabiat kanunlarını öğrendikçe Tanrı'yı daha yakından tanıyabileceğine inanan bilim adamlarındandır. Bu inancı onu daha da fazla araştırma yapmaya sevk etmiştir. 1864 yılında Darwin'e karşı bir manifesto imzalayan 717 bilim adamının en önde gelenlerinden olan Joule'ün Tanrı inancını ifade eden şu sözleri ünlüdür:
Tanrı'nın isteklerini öğrendikten ve itaat ettikten sonra yapacağımız diğer şey O'nun aklını, gücünü ve iyiliğini yaptığı işlerin kanıtından bilmektir. Tabiat kanunlarını bilmek Tanrı'yı bilmektir.
Kendisi, çeşitli formlar kurmuş olan ve temelde: enerji, mekanik, elektrik ve sıcaklık aynı mıdır yoksa değiştirilebilir mi seklinde araştırma yapmış bir İngiliz fizikçidir. Böylece, ilk termodinamik yasa olan enerjinin korunumu yasasını oluşturmuştur. James Prescott Joule, ısı ve enerjinin, tek ve aynı şey olduğunu ve her ikisinin de birbirine dönüşebileceğini gösteren Termodinamik Kanunu'nu bulmuştur. Değerli madenleri ve elektrolizi, gelişmekte olan elektro kimyaya kazandırmıştır. Geliştirmek onun gerçek işi olmuştur.
Romantizm devrimi ve endüstri devriminin dolu dolu olduğu yıllarda James Prescott Joule, zengin bira fabrikalarına sahip olan İngiltere’nin Manchester kentinde dünyaya gelmiştir.
24 Aralık 1818 tarihinde, Benjamin ve Alice Joule çiftinin dördüncü erkek çocukları olarak dünyaya geldi. ilk iki çocukları Joule doğduğunda ölmüşlerdir. Üçüncü doğumda ki çocukları olan James’in erkek kardeşi, babasının ismi olan Benjamin ismindeydi. Joule’ü, 14 yasında ölen Alice ve Mary olmak üzere iki kız kardeşi izledi. Joule, John adında daha genç bir kardeşe sahipti.
Joule’ün babası Benjamin, varlıklı bir adamdı ve Manchester’da, hapishane yanında Bira Fabrikası kurdu. James bunun sonucunda çok yorgun düştü. Onda belkemiğine ait bir sağlık problemi olduğundan; bu rahatsızlığı boyunca ki işlemleri, erkek kardeşi Taylor yaptı.
Taylor'ın kariyeri at doktorluğu ile başlamıştır. James gençliği boyunca kendini iyi geliştirdi. O, iyi bir gençlik dönemi geçirdi. James’i daha büyük olarak psikolojik rahatsızlıklar etkiledi; bu da onu tamamen utangaç biri yaptı ve topluma karsı konuşmasını etkiledi. James ve onun erkek kardeşi Benjamin hayatlarının erken zamanları olmasına karsın tamamen içlerine kapanık olmuşlardır. James normal bir eğitim almamıştır. Onun yerine; o ve onun erkek kardeşi Benjamin evde özel öğretmenlerden özel ders almışlardır. James 14 yasına kadar evde eğitim almıştır. 14 yasındaki Joule, 16 yasına kadar Manchester Üniversitesinde tedavi edildi. Ondan sonra 1835 yılında Cambridge’den; John Dalton ile çalışmak, iyi eğitimli bir kimyager olmak, formülleri, atomun bölünmezlik teoremini öğrenmek için ayrılmıştır. Göstergeler, Joule'ün eğitiminin iyi olacağını göstermiştir.
Joule’ün erkenden öğrenmeye başlayıp kendini geliştirmesi, eğitimindeki kazancı kadar babasının bira fabrikasındaki buhar makineleri içinde iyi bir durumdu. O çocukken buhar lokomotiflerine meraklıydı; onun bu merakı onu teşvik etti.
Tarlada termodinamik çalışmaları yaptı. Joule’ün de karıştığı tren kazasında kendisi üç kişiyi öldürdü. Erkek kardeşleri, Joule’ü hızlı ve olağanüstü bir şekilde aldılar. Onlar en sonunda özel öğretmeni John Dalton ile görüldüler. Erkek çocuklar, birde onların ölçülü bir şekilde derin bir yer olan “Lake Windemere’de 198 fitte” olduklarını söylediler.
Joule, babasının süvari tabancasını kaybederken araştırmalar bir yankı dağda devam ediyordu. Onun sadece silahlarına rastlanmadı; bir başka zamanda onun uçan kaslarına rastlandı. Joule oldukça korktuğu ve de önemsemediği için; sağlık hizmetlerini evinde yaptırırdı. Hizmetçi kız eninde sonunda bilincini kaybedene kadar o dışarıya bir sürü testler taşıdı, bir dizi yığın verdi. James isteyip de başaramadığı deneyin tahsis edilen uç noktasını bitirmek için karar verdi.
Joule babasının bira fabrikasında çalışmakla birlikte denemede ki ilgileri için de yalan söyleyip önce, kendiliğinden olan doğal rezervi oluşturdu. John Dalton, ona titiz bir deney yapıcı olması gerektiğini aşıladı.
Dalton, genç Joule’ü aritmetik ve geometri öğretmekten çok, az da babasının kimyada ki niyeti ile tanıştırdı. Dalton dikkatli bir yol izledikten sonra teknik yapısı çok yüksek bir laboratuar kullanımında ısrar etti. Joule, onun eğitimine sahip olduktan sonra geri döndürüldü. Onun bağımsız olarak çalışmasına izin verildi. Babasının evinin içinde var olan laboratuar da araştırma çalışmalarına başladı. Çok fazla ünlü deneysel bilgiyi hocasından öğrenip, kendi beceri ve bilgisi ile birleştirince özgünlük ve ustalık kazandı. Örneğin; James ölçümlü aletlerin bir hassas alet mertebesi doğruluğunu buldu ve de zamanla yaşattı. Bugün bile aletlerin standartlarının doğruluğunun aynı olduğu görülmektedir. Onun tamamen teorik, usta ve dikkatli deneyleri olmuştur.
1847'de Joule Liverpool Gümrük Müdürü'nün kızı olan Amelia Grimes ile evlendi. Joule Alp'ler de çalışırken, balayı’nı için çok zaman harcadı. O suyun üst sıcaklığının, şelalede ki esas su sıcaklığından daha yüksek olduğunu keşfetti. Bu suya düsen enerjinin ısıya dönüştüğünü ispatlamıştır. Bu enerjinin korunucunu ispatlamak için çok büyük bir adımdı. Balayında olup çalışmalarına ara vermesine karsın yürüttüğü deney; tecrübesinin, hobisi Fizik olduğunu ve ondan kopamadığını göstermiştir. Joule, 1849'da Benjamin Artar adında bir erkek çocuğa daha sonra da 1854'te Alice Amelia adında bir kız çocuğa sahip oldu. Joule'ün esi ve ikinci erkek çocuğu 1854'de yaşamlarını yitirmişlerdir.
Joule, 1837’de başlayıp 1856’ya kadar ailesinin bira fabrikasında çalışmıştır. Umudu ve hedefi, ilk araştırmayı yaptığı buharlı motorları(lokomotifleri) elektrik motorları ile değiştirmek ve daha verimli çalışmasını sağlamaktı. Onun incelemeleri üretim ısıtıcıyla ilgiliydi. Joule'ün erken kazançlarından biri tarlada elektrik bulması oldu.
O elektrik motorlarıyla ilgili olarak, elektromıknatıs ve daha çok verimli olan akümülatörü geliştirdi. O yeni bir dergi olan "Annals of Electricty" abone oldu. Redaksiyonu yapan William Sturgeon Joule 20 yasında (1783 -1850)’tır.
ilk dergide, Dorpat Üniversitesi'nden Prof. M.H.Jacobi tarafından; tükenmeyen güç olasılığı için elektrik motorları teklifi yazılmıştır. Onun deneylerinin hedefleri sınırsız güçten düşmeyen bir motordu ve yavaş yavaş farkına varıyordu, onun hedefi başarılamayandı. O ölçümle ilgili çalışmasını tamamlayarak ısıyı elektrikle üretti.
Onun denemesi'nin sunusu olarak Joule keşfedişi: güçlü motor orantılı üründe, güncel ve yoğun batarya şeklindeydi. Sonunda Joule çizgisinden çıkarak; buhar makinesi denemesinden vazgeçtiğinden beri çok daha fazla ekonomik oldu. Joule durup durup hissediyordu; buhar makinesini bir gün yenisi olan elektrik motor ile değiştirecekti.
O kördüğüm olan motordan sonra ilgisini elektrik ve ısıya yöneltti. Joule'ün çalışması 1837 ve 1847 yılları arasında büyük bir bölüm oluşturmuştur. Bu zaman boyunca Joule ile birlikte Hermann von Helmholtz, Julius von Mayer ve William Thomson (sonra Lord Kelvin) kurdukları ilke olan: Enerjinin Korunumu’nu devletlerin çıkardıkları bir ilke sonucunda bu isin sonu bitmez diyerek kullanmışlardır.
Daha ciddi birisi denemelerini, Joule'ün kanununa yol göstermek için götürdü. "On the Production of Heat by Voltaic Electricity" dergisi 1840'da "Joule'ün Kanunu" olarak tanımlamıştır. O üretilen ısı miktarını bir teldeki elektrik akımıyla orantılı olarak üründeki, dirençte bulunan tel ve kare akımına başladı. Bunun ilki olarak bir hayli fazla raporlar, formüller kurarak ısıyla ve başka ilkelerle enerjiyi bağlamıştır.
Onun gerek çalışması olan enerji miktarı değeri için bir birim ısı üretmek, adı: mekanikle eşanlamlı ısı olarak 1843'de yayınlandı. O gittikçe doğru yöntemler, önemli belirlemeler kullandı. başka materyaller kullanarak hatta kurulmuş bir ısı enerjine aldırmayarak maddeleri tartıştı. Joule, elektrikle üretilen kimyasal enerji veya mekanik enerji sonucunda: her zaman ısıtılan aynı ısıyı bulmuştur. Joule mekanik enerji olsaydı ısının hemen üretebilir olduğunu imal etti ve bunu deney yaparak gördü ve de ilk kez elektriksiz olarak bunu basardı. Başarısını hiç enerji kullanmadan, elektrikli, kimyasal ve ye mekanik üretimlerde eşit miktarda ısı deneyleriyle ispatlandı. Deneylerle Joule daha ileriye bir adım gitti ve dört deney geliştirerek tam mekanik eşit ısı belirledi.
Joule'ün Vapur - Çarkı Aygıtı, 1849, Londra Bilim Müzesi
Bu plan Joule'ün deneyiyle mekanik enerji arasındaki ilişkiyi gösteriyor(ağırlıklardan düşerek ve şaft etrafında dönerek ve çarkla hareketlerle) ve ısının(su deposunda) nasıl çevrildiğini aydınlatıyor.
Deneyleriyle tanındığında, bir sıcaklık ölçere duyarlı bir şekilde hassas ölçüm yapmak için; ağırlığı yeterli bir fincan düşürerek bir vapur çarkında süren mekanik enerjiyi oluşturdu. Çok dikkatli denemelerle 772 font-pounds buldu; isi her zaman bir fahrenhayt arttırmaktı ve bunun için 1850'ye kadar çalıştı.
O bir de ısının akışkan olmadığını buldu. Herkes tarafından o bulana kadar akışkan olduğuna inanılıyordu ama enerji ilkesi vardı. O çalışması boyunca enerjinin korunduğunu gösterdi. Olası enerjinin korunucunun genel kabulü uğruna, dikkatli deneyler yaptı. Joule ısıda mekanik eşitliği saptadı. Popüler insan olmadı ama kanıtlamaları sonunda, kabul edilmiş ve dünyaca tanınan biri olmuştur. O bütün bunların karşılığında hak talep etmedi; ancak, formüllere Laf of Conservation of Energy sahip çıktı. Yinede, deneyleri temel formülasyon hakkında getiriş oldu. Ek
olarak, Joule'ün deneyleri ısının üretilen hareketini gösterdi, kalorik teoriyi yalanladı.
Joule birde 1846'da fenomen mıknatıssal büzülmeyi keşfetti, bunun vasıtasıyla bir demir çubukta ki değişiklikleri boyunda oldukça mıknatıslandığını gördü. Bu sadece akademik zamanda göründü, ama bugünlerde sonuç bağlantıyla ultra-sonic ses dalgası oluşturmada kullanıldı.
Joule, William Thomson ile büyük bir ilişkiye sahipti; onlar her zaman fikirleriyle birbirlerine yardım ederlerdi. Joule’ün her iki deneyinde de geometrik çizim, laboratuar gereçleri, uygulama deneyleri ve teorik kenar deneyinde oldukça iyi olduğu okumalarda gözükür. Ancak onlar birlikte çalışmadan, zihinler için büyük başarılara birleşerek sahip oldular.
Onların azimli bir iş birliğinin sonucu olarak çalışmalarında gaz genleşmeleri zamanında sıcaklığında çağlayan gibi artış oluşmuştur. Bu bilinen "Joule-Thomson Etkisi" dır ve bu etki XIX. yüzyılda büyük soğutma endüstrisi(sanayisi) sırasında kullanılarak gelişmeler kaydedilmiştir.
Bu işbirliği sayesinde araştırmacı zihinler için tamamen yeni özel alanlar ve başka pratik araştırma gün gün oluşmuş ve artış göstermiştir.
Basınçlı hava tüpünün içindeki hava, yüksek basınç altında, açık boğazdan aynı basınç altında aşağıya doğru akarak çevreleyen havaya doğru genleşir.
Boğaz çevresiyle birlikte ısıca yalıtılmış durumdadır. Termometrelerin boğazın açılmasından önce ve sonra ölçtüğü değerler büyük bir fark göstermektedir. Genleşme sırasında hava soğumuştur. Soğukluk artış miktarı boğazdaki basınç farkına eşittir ve havanın başlangıç sıcaklığı düşürüldüğünde artar.
Birçok araştırmacının da olduğu gibi, Joule’ün yetenekleri bugün “araştırma” dediğimiz şeylerin yanında sınırsızdı. Uygulanabilir cihaz ve yeni teknolojiler deneysel araştırmaların ürünü olarak ortaya çıktıysa; biz bu sorumlulukla James Joule‘e bir mucit de diyebiliriz.
icatlarının arasında “yay” ya da elektrikli kaynak ve yer değiştirme pompası vardır. Onun en değerli şeyi kusursuz düşünebilme yeteneğiydi. çalışmaları kaçınılmaz mantığını kanıtladı. Kariyerinin basında, tam olarak doğrulanmamış çalışmalarına dayanarak yaptığı sonuç taslaklarından dolayı eleştirildi. Ama Joule bu eleştirileri sineye çekti. deneysel kesinliğiyle ünlü olmasıyla birlikte araştırmalarının sonuçlarından ortaya çıkan spekülasyonlara karsı ihtiyatlı biri olarak da tanınırdı. Joule’ün ömrünün son iki yılı evde çoğunlukla okuyarak geçti.
1850’de kraliyet derneğine seçilen Joule, 1866’da kraliyet derneğinin copley nişanını aldı ve 1872 ve 1887’de İngiliz bilimsel gelişme derneğinin başkanlığını yaptı. Hayatı boyunca biracı olarak kadı ve hiçbir zaman entelektüel bilim dünyasında önemli gibi görünen bir profesör olmadı. O alçakgönüllü ve mütevazı bir insandı, samimiyetle dindar birisiydi, ömrünün sonuna doğru bilimsel buluşların mücadelesinde artan başvuruların için özlemini duydu.
Joule, tek basına çalışarak finansal desteğe sahip olmamasının birçok yararını ve zararını gördü.
Avantajlardan bazıları; çalışma saatlerini kendisinin seçmesi, çalışma şekli ve çalışmanın konusuydu.
Zararlarından bazıları; ihtiyaç duyduğu finansal desteğe sahip olamaması ve her zaman sahip olmayı hak ettiği araç gerece sahip olamamasıydı.
Joule, çok zekiydi ve genelde araç gereç problemini ortadan kaldıracak bir buluşu olurdu ve bazı durumlarda tasarladığı model yerine kullanılacağı araç gereçten çok daha fazla kullanışlı olurdu.
Birçok araştırmasını kendi cebinden karşıladı. Ama maalesef parası 1875’te bitti ve sonraki yıllar sürekli hastalıkla doluydu. 11 Ocak 1889 tarihinde Joule beyin dejenerasyonunun bir türü olan hastalığına daha fazla dayanamadı.
Bütün hayatı boyunca Manchester bölgesinde Joule, 11 Ocak 1898 tarihinde öldü.