O físico Inglês James Joule

O físico inglês James Joule (1818-1889) era filho de um rico fabricante de cerveja que incentivou os estudos científicos do filho e montou em c asaum laboratórios para ele. Exceto por alguns conhecimentos de ciências transmitidos pelo químico John Dalton, da Universidade de Manchester, Joule aprendeu praticamente tudo sozinho. Em 1833, com a aposentadoria do pai por motivos de saúde, Joule assumiu a cervejaria aos 15 anos de idade. Contando com uma renda pessoal, continuou seus estudos científicos.

Joule passou uma década medindo cuidadosamente o calor, com o objetivo de descobrir o relacionamento entre esse e o movimento mecânico. Embora os cientistas concordassem que o movimento mecânico podia ser transformado em calor, eles não conheciam o fator de conversão. Em uma experiência, Joule mediu a energia mecânica usada para virar uma manivela presa a pás que agitavam a água. Quando um peso caía por um certa distância, fazia virar a roda de pás, agitando a água. Ele relacionou o aumento da temperatura da água com a distância que o peso caía, para calcular o equivalente mecânico do calor: jogar um peso de 100 libras (45,36 quilos) por 7,78 pés (2,371 metros) fazia subir a temperatura de uma libra (453,6 gramas) de água em 1º Fahrenheit (0,5556ºC). Joule projetou termômetros capazes de ler centésimos de Fahrenheit e baseou suas descobertas em mudanças mínimas de temperatura. Sua experiência levou à primeira determinação do equivalente mecânico do calor – chamado de equivalente de Joule.

Ele também conduziu pesquisas e experiências sobre a relação entre o calor e a eletricidade. Em seu ensaio On the Production of Heat by Voltaic Electricity (Sobre a produção de Calor por Eletricidade Voltaica, de 1840), chegou à fórmula conhecida como lei de Joule: o calor produzido é diretamente proporcional à resistência do condutor multiplicada pelo quadrado da corrente.

Como Joule era dono de cervejaria, autodidata e fraco em matemática, as sociedades científicas rejeitaram seus trabalhos. Para atrair atenção para suas idéias, ele deu uma palestra pública e convenceu um jornal de Manchester a publicar o texto de apresentação. Isso gerou tanto interesse que o físico escocês William Thomson foi assistir a sua palestra seguinte. Embora tivesse apenas 23 anos de idade, Thomson era muito respeitado, e com seu apoio, a competência de Joule foi reconhecida. A Sociedade Real o convidou a fazer palestras e, em 1850 o elegeu membro.

Joule e Thomson trabalharam juntos e mostraram que quando um gás se expande livremente, sua temperatura cai. O efeito Joule-Thomson é a lei fundamental em que se baseiam a refrigeração e o condicionamento de ar. O trabalho de Joule estabeleceu a primeira lei da termodinâmica, comumente chamada de lei da conservação da energia: a energia não pode ser criada ou destruída; pode apenas ser transferida ou transformada de um objeto para outro.

Ele continuou sendo cientista amador por toda a vida. A unidade métrica para trabalho e energia recebeu o nome de joule em sua homenagem.

Podemos concluir que sua importante descoberta resultou de uma longa série de experiências sobre as relações quantitativas entre os efeitos elétricos, mecânicos e químicos.