Biografia

James Prescott Joule (Inglês: James Prescott Joule; 24 de dezembro de 1818, Salford, Lancashire, Inglaterra, Reino Unido - 11 de outubro de 1889, Sale, Cheshire, Inglaterra, Reino Unido) - físico inglês que fez uma contribuição significativa para o desenvolvimento da termodinâmica. Ele fundamentou a lei da conservação da energia por meio de experimentos. Estabeleceu uma lei que define efeito térmico corrente elétrica. Ele calculou a velocidade das moléculas do gás e estabeleceu sua dependência da temperatura.

Ele estudou experimental e teoricamente a natureza do calor e descobriu sua ligação com o trabalho mecânico, como resultado, quase simultaneamente com Mayer, chegou ao conceito de conservação universal da energia, que, por sua vez, proporcionou a formulação da primeira lei de termodinâmica. Ele trabalhou com Thomson na escala de temperatura absoluta, descreveu o fenômeno da magnetostrição e descobriu a conexão entre a corrente que flui através de um condutor com certa resistência e a quantidade de calor liberada ao mesmo tempo (lei de Joule-Lenz). Ele fez uma contribuição significativa para a tecnologia de experimentos físicos e melhorou os projetos de muitos instrumentos de medição.

A unidade de medida de energia, o joule, recebeu o nome de Joule.

Nascido na família de um rico proprietário de uma cervejaria em Salford, perto de Manchester, ele foi educado em casa e, durante vários anos, seu professor de matemática elementar, os princípios da química e da física foi Dalton. A partir de 1833 (a partir dos 15 anos) trabalhou numa cervejaria e, paralelamente aos estudos (até aos 16 anos) e aos estudos de ciências, participou na gestão da empresa até 1854, até à sua venda.

Iniciou os primeiros estudos experimentais já em 1837, interessando-se pela possibilidade de substituir os motores a vapor de uma cervejaria por elétricos. Em 1838, por recomendação de um de seus professores, John Davies, cujo amigo próximo era o inventor do motor elétrico, Sturgeon, publicou o primeiro trabalho sobre eletricidade na revista científica Annals of Electricity, organizada no ano anterior por Sturgeon, o o trabalho foi dedicado ao projeto de um motor eletromagnético. Em 1840 ele descobriu o efeito da saturação magnética durante a magnetização de ferromagnetos, e durante 1840-1845 estudou experimentalmente fenômenos eletromagnéticos.

Buscando melhores maneiras medições de correntes elétricas, James Joule em 1841 descobriu a lei que leva seu nome, estabelecendo uma relação quadrática entre a força da corrente e a quantidade de calor liberada por esta corrente no condutor (na literatura russa aparece como lei de Joule-Lenz , já que em 1842 esta lei foi descoberta de forma independente pelo físico russo Lenz). A descoberta não foi apreciada pela Royal Society de Londres, e o trabalho foi publicado apenas no periódico da Manchester Literary and Philosophical Society.

Em 1840, Sturgeon mudou-se para Manchester e dirigiu a Royal Victoria Gallery. para o Incentivo à Ciência Prática) é uma exposição comercial e instituição educacional, onde em 1841 convida Joule como o primeiro palestrante.

Em seus trabalhos do início da década de 1840, ele explorou a questão da viabilidade econômica dos motores eletromagnéticos, inicialmente acreditando que os eletroímãs poderiam ser uma fonte de uma quantidade ilimitada de trabalho mecânico, mas logo se convenceu de que, do ponto de vista prático, o vapor os motores da época eram mais eficientes, publicando as conclusões em 1841 de que A eficiência de um motor eletromagnético "ideal" por quilo de zinco (usado em baterias) é de apenas 20% da eficiência de um motor a vapor por quilo de carvão queimado, o que não esconde a decepção.

Em 1842, ele descobriu e descreveu o fenômeno da magnetostrição, que consiste na mudança do tamanho e do volume de um corpo quando seu estado de magnetização muda. Em 1843, formulou e publicou os resultados finais de seu trabalho sobre o estudo da liberação de calor em condutores, em particular, mostrou experimentalmente que o calor gerado não era de forma alguma retirado do meio ambiente, o que refutou irrevogavelmente a teoria do calórico, cujo apoiadores ainda permaneciam naquela época. No mesmo ano me interessei problema comum relação quantitativa entre várias forças que levam à liberação de calor, e, tendo chegado à convicção da existência de uma relação definida entre o trabalho e a quantidade de calor prevista por Mayer (1842), busca uma relação numérica entre essas quantidades - a mecânica equivalente ao calor. Durante 1843-1850, ele conduziu uma série de experimentos, melhorando continuamente as técnicas experimentais e confirmando cada vez o princípio da conservação de energia com resultados quantitativos[⇨].

Em 1844 a família Joule mudou-se para casa nova em Whalley Range, onde um laboratório conveniente foi equipado para James. Em 1847 casou-se com Amelia Grimes, logo tiveram um filho e uma filha, e Amelia Joule morreu em 1854.

Em 1847, ele conheceu Thomson, que apreciava muito a técnica experimental de Joule, e com quem posteriormente colaborou de forma frutífera. As ideias de Thomson sobre questões de teoria cinética molecular foram em grande parte formadas sob a influência de Joule. No seu primeiro trabalho conjunto, Thomson e Joule criaram uma escala de temperatura termodinâmica.

Em 1848, para explicar os efeitos térmicos com o aumento da pressão, ele propôs um modelo de gás constituído por bolas elásticas microscópicas, cuja colisão com as paredes do vaso cria pressão, e estimando a velocidade das “bolas elásticas” de hidrogênio a cerca de 1850 m/s. Por recomendação de Clausius, este trabalho foi publicado nas Transações Filosóficas da Royal Society e, embora nele tenham sido posteriormente reveladas falhas graves, teve uma influência significativa no desenvolvimento da termodinâmica, em particular, ecoa ideologicamente o trabalho de Van der Waals no início da década de 1990 sobre modelagem de gás real.

No final da década de 1840, o trabalho de Joule ganhou reconhecimento universal na comunidade científica e, em 1850, ele foi eleito membro titular da Royal Society de Londres.

Em seus trabalhos de 1851, aprimorando seus modelos teóricos para representar o calor como o movimento de partículas elásticas, ele calculou teoricamente com bastante precisão a capacidade térmica de alguns gases. Em 1852, ele descobriu, mediu e descreveu em uma série de trabalhos conjuntos com Thomson o efeito da mudança de temperatura do gás durante o estrangulamento adiabático, conhecido como efeito Joule-Thomson, que mais tarde se tornou um dos principais métodos para obtenção de super Baixas temperaturas, contribuindo assim para o surgimento da física de baixas temperaturas como um ramo das ciências naturais.

Na década de 1850, publicou uma grande série de artigos sobre melhoria medições elétricas, oferecendo projetos de voltímetros, galvanômetros, amperímetros que proporcionam alta precisão de medição; em geral, ao longo de sua prática científica, Joule prestou considerável atenção às técnicas experimentais que lhe permitiram obter resultados altamente precisos.

Em 1859, ele investigou as propriedades termodinâmicas sólidos, medindo o efeito térmico durante a deformação, e observa propriedades não padronizadas da borracha em comparação com outros materiais.

Na década de 1860 ele estava interessado em fenômenos naturais, oferecendo possíveis explicações para a natureza das tempestades atmosféricas, miragens e meteoritos.

Em 1867, Joule, segundo o esquema proposto por Thomson, realizou medições do padrão do equivalente mecânico do calor para a Associação Científica Britânica, mas recebeu resultados que divergiam dos valores obtidos em experimentos puramente mecânicos, porém , o esclarecimento das condições dos experimentos mecânicos confirmou a precisão das medições de Joule e em 1878 o padrão de resistência foi revisado.

Sobre Estágios iniciais atividades, Joule realizou experimentos e pesquisas exclusivamente às suas próprias custas, mas após a venda da cervejaria em 1854, a situação financeira piorou gradativamente e ele teve que recorrer a financiamentos de diversos organizações científicas, e em 1878 foi concedida uma pensão do Estado. Desde criança sofria de uma doença na coluna e, desde o início da década de 1870, devido a problemas de saúde, praticamente não trabalhava. Morreu em 1889

Equivalente de calor mecânico

A partir de 1843, Joule buscou a confirmação do princípio da conservação da energia e tentou calcular o equivalente mecânico do calor. Nos primeiros experimentos, ele mede o aquecimento do líquido no qual está imerso um solenóide com núcleo de ferro, girando no campo de um eletroímã, fazendo medições em casos de enrolamentos fechados e abertos do eletroímã, depois aprimora o experimento, eliminando a rotação manual e acionando o eletroímã com peso reduzido. Com base nos resultados da medição, formula a seguinte proporção:

A quantidade de calor capaz de aquecer 1 libra de água em 1 grau Fahrenheit é igual e pode ser convertida em força mecânica capaz de elevar 838 libras a uma altura vertical de 1 pé

Os resultados dos experimentos foram publicados em 1843 no artigo “Sobre o efeito térmico da magnetoeletricidade e o significado mecânico do calor”. Em 1844, ele formulou a primeira versão da lei da capacidade térmica de corpos cristalinos complexos, conhecida como lei de Joule-Kopp (Copp (alemão: Hermann Kopp) em 1864 deu a formulação exata e a confirmação experimental final).

Além disso, no experimento de 1844, ele mede a liberação de calor ao forçar um líquido através de tubos estreitos, em 1845, ele mede o calor durante a compressão de um gás, e no experimento de 1847, ele compara o custo de girar um agitador em um líquido com o calor gerado como resultado do atrito.

Nas obras de 1847-1850, fornece um equivalente mecânico do calor ainda mais preciso. Ele usou um calorímetro de metal montado em uma bancada de madeira. Dentro do calorímetro havia um eixo com lâminas localizadas nele. Nas paredes laterais do calorímetro havia fileiras de placas que impediam o movimento da água, mas não tocavam nas lâminas. Um fio com duas pontas penduradas foi enrolado em torno do eixo fora do calorímetro, ao qual foram presos pesos. Os experimentos mediram a quantidade de calor gerada quando o eixo gira devido ao atrito. Essa quantidade de calor foi comparada com a mudança na posição das cargas e a força que atua sobre elas.

Evolução dos valores de calor equivalente mecânico obtidos nos experimentos de Joule (em libras-pé ou libras-pé por unidade térmica britânica):
838 (4,51 J/cal), 1843;
770 (4,14 J/cal), 1844;
823 (4,43 J/cal), 1845
819 (4,41 J/cal), 1847
772,692 (4,159 J/cal), 1850.

A estimativa mais recente aproxima-se dos valores de medição ultraprecisos realizados no século XX.

A luta pela prioridade na descoberta da lei da conservação da energia

A partir da segunda metade da década de 1840, nas páginas dos “Anais da Academia Francesa de Ciências” (francês Comptes rendus hebdomadaires des séances de l "Académie des sciences), desenrolou-se um acalorado debate sobre a prioridade na descoberta do direito de conservação de energia para sistemas termodinâmicos entre Joule e Mayer, e embora a publicação de Mayer tenha saído um pouco antes, ele, sendo médico de profissão, não foi levado a sério, enquanto Joule já era apoiado por físicos proeminentes, em particular, seu relatório de 1847 na Associação Científica Britânica recebeu alta notas dos presentes na reunião Faraday, Stokes e Thomson. Timiryazev, analisando posteriormente esta discussão, notou a consistência da argumentação de Mayer na luta contra a “inveja mesquinha do chão de fábrica”. cientistas" Helmholtz, que publicou o princípio da conservação da energia em 1847, em 1851 chamou a atenção para o trabalho de Mayer e em 1852 reconheceu abertamente a sua prioridade.

A próxima rodada da luta pela prioridade ocorreu na década de 1860, quando a lei recebeu reconhecimento universal na comunidade científica. Tyndall em 1862, em palestra pública, mostra a prioridade de Mayer, e Clausius defende seu ponto de vista. Tait, conhecido por suas visões patrióticas pró-britânicas, em uma série de publicações insiste na prioridade de Joule, não reconhecendo o conteúdo físico da obra de Mayer de 1842, Clausius se opõe a ele, e o filósofo Dühring, ao mesmo tempo que menospreza a importância das obras; de Joule e Helmholtz, insiste ativamente na prioridade de Mayer, que em muitos aspectos serviu como o reconhecimento final da prioridade de Mayer.

Reconhecimento e memória

Em 1850 foi eleito membro da Royal Society de Londres. Em 1852, foi agraciado com a primeira Medalha Real por seu trabalho sobre o equivalente quantitativo do calor. Em 1860 foi eleito presidente honorário da Sociedade Literária e Filosófica de Manchester.

Recebeu os graus científicos de Doutor em Direito pelo Trinity College Dublin (1857), Doutor lei civil(DCL em inglês) Universidade de Oxford a (1860), Doutor em Direito (LL.D.) pela Universidade de Edimburgo (1871).

Em 1866, Joule recebeu a Medalha Copley e, em 1880, a Medalha Albert. Em 1878, o governo concedeu-lhe uma pensão vitalícia de £215.

Em 1872 e 1877, foi eleito duas vezes presidente da Associação Britânica para o Avanço da Ciência.

No Segundo Congresso Internacional de Eletricistas, realizado em 1889 - ano da morte de Joule, foi batizada em sua homenagem uma unidade unificada de medida de trabalho, energia, quantidade de calor, para a qual foi criado o coeficiente de transição entre trabalho mecânico e calor (equivalente mecânico de calor) não era necessário, o que se tornou uma das unidades derivadas do SI com nome próprio.

Na Prefeitura de Manchester há um monumento a Joule do escultor Alfred Gilbert, em frente ao monumento a Dalton.

Em 1970, a União Astronômica Internacional nomeou a cratera James Joule em verso Luas.

James Prescott Joule($1818$ - $1889$) - Físico inglês que deu uma contribuição significativa para o desenvolvimento da termodinâmica.

Biografia

Nota 1

Ele era filho de Benjamin Joule, dono de uma cervejaria relativamente grande.
James Joule recebeu sua educação inicial de professores particulares, principalmente devido à sua saúde debilitada. Ele teve problemas na coluna, mas com o tempo seu estado melhorou, mas ao longo da vida o cientista permaneceu curvado, isso afetou seu caráter e contribuiu para sua timidez.

Com US$ 1.834, ele estudou com John Dalton em Manchester na Literary and Philosophical Society. Assim como Dalton, Joule foi um forte defensor da teoria atômica, embora muitos cientistas desse período ainda fossem céticos a respeito.

Anos depois, James Joule estudou com John Davis e se interessou por eletricidade; ele e seu irmão experimentaram eletrocutar um ao outro e aos empregados da família.

Nota 2

Conquistas científicas

Eletricidade

Nota 3

A ciência foi inicialmente um hobby para Joule, mas ainda enquanto trabalhava na cervejaria ele começou a explorar as possibilidades de substituir as caldeiras pelo recém-inventado motor elétrico.

Impulsionado em parte pelo desejo de avaliar o impacto económico de tal substituição, ele concentra-se em medições que podem ser utilizadas para determinar qual fonte de energia é mais eficiente. Assim, em $1841, descobriu a lei de Joule, na qual o calor gerado pela ação direta de qualquer corrente galvânica é proporcional ao quadrado da corrente multiplicado pela resistência do condutor. (A unidade derivada de energia ou trabalho, o Joule, recebeu o seu nome). Joule concluiu que queimar meio quilo de carvão seria mais econômico do que desperdiçar preciosos quilos de zinco em uma bateria elétrica.

Joule tenta apresentar os resultados à Royal Society, mas eles o confundem com um amador provinciano.

Em US$ 1.843, Joule calculou a quantidade de trabalho mecânico necessária para produzir uma quantidade equivalente de calor. Essa quantidade foi chamada de “equivalente mecânico do calor”. Novamente ele apresentou um relatório sobre suas descobertas, desta vez à Associação Britânica para o Avanço da Ciência. Mais uma vez a resposta foi pouco entusiasmada. Vários periódicos importantes também se recusaram a publicar artigos sobre o trabalho de Joule.

O trabalho de Joule sobre a relação entre calor, eletricidade e trabalho mecânico foi amplamente ignorado até 1847. Apenas William Thomson reconheceu que o trabalho de Joule se enquadrava num padrão unificador que já começava a emergir na física, e endossou entusiasticamente o trabalho de Joule.

Em 1849, Joule leu seu artigo intitulado "Sobre o Equivalente Mecânico do Calor" na Royal Society, com Faraday como seu patrocinador. EM Próximo ano A Royal Society publicou o artigo de Joule.

James Prescott Joule(eng. James Prescott Joule; 24 de dezembro de 1818, Salford, Lancashire, Inglaterra, Reino Unido - 11 de outubro de 1889, Sale, Cheshire, Inglaterra, Reino Unido) - Físico inglês que fez uma contribuição significativa para o desenvolvimento da termodinâmica. Ele fundamentou a lei da conservação da energia por meio de experimentos. Estabeleceu uma lei que determina o efeito térmico da corrente elétrica. Ele calculou a velocidade de movimento das moléculas de gás e estabeleceu sua dependência da temperatura.

Ele estudou experimental e teoricamente a natureza do calor e descobriu sua ligação com o trabalho mecânico, como resultado, quase simultaneamente com Mayer, chegou ao conceito de conservação universal da energia, que, por sua vez, proporcionou a formulação da primeira lei de termodinâmica. Ele trabalhou com Thomson na escala de temperatura absoluta, descreveu o fenômeno da magnetostrição e descobriu a conexão entre a corrente que flui através de um condutor com certa resistência e a quantidade de calor liberada ao mesmo tempo (lei de Joule-Lenz). Ele fez uma contribuição significativa para a tecnologia de experimentos físicos e melhorou os projetos de muitos instrumentos de medição.

A unidade de medida de energia, o joule, recebeu o nome de Joule.

Biografia

Nascido na família de um rico proprietário de uma cervejaria em Salford, perto de Manchester, ele foi educado em casa e, durante vários anos, seu professor de matemática elementar, os princípios da química e da física foi Dalton. A partir de 1833 (a partir dos 15 anos) trabalhou numa cervejaria e, paralelamente aos estudos (até aos 16 anos) e aos estudos de ciências, participou na gestão da empresa até 1854, até à sua venda.

Iniciou os primeiros estudos experimentais já em 1837, interessando-se pela possibilidade de substituir os motores a vapor de uma cervejaria por elétricos. Em 1838, por recomendação de um de seus professores, John Davies, cujo amigo próximo era o inventor do motor elétrico, Sturgeon, publicou o primeiro trabalho sobre eletricidade na revista científica Annals of Electricity, organizada no ano anterior por Sturgeon, o o trabalho foi dedicado ao projeto de um motor eletromagnético. Em 1840 ele descobriu o efeito da saturação magnética durante a magnetização de ferromagnetos, e durante 1840-1845 estudou experimentalmente fenômenos eletromagnéticos.

Buscando melhores formas de medir correntes elétricas, James Joule em 1841 descobriu a lei que leva seu nome, que estabelecia uma relação quadrática entre a intensidade da corrente e a quantidade de calor liberada por esta corrente no condutor (na literatura russa aparece como o Lei de Joule-Lenz, já que em 1842 esta lei era independente foi descoberta pelo físico russo Lenz). A descoberta não foi apreciada pela Royal Society de Londres, e o trabalho foi publicado apenas no periódico da Manchester Literary and Philosophical Society.

Em 1840, Sturgeon mudou-se para Manchester e dirigiu a Royal Victoria Gallery for the Encouragement of Practical Science, uma exposição comercial e instituição educacional, onde em 1841 convidou Joule como o primeiro conferencista.

Em seus trabalhos do início da década de 1840, ele explorou a questão da viabilidade econômica dos motores eletromagnéticos, inicialmente acreditando que os eletroímãs poderiam ser uma fonte de uma quantidade ilimitada de trabalho mecânico, mas logo se convenceu de que, do ponto de vista prático, o vapor os motores da época eram mais eficientes, publicando as conclusões em 1841 de que A eficiência de um motor eletromagnético "ideal" por quilo de zinco (usado em baterias) é de apenas 20% da eficiência de um motor a vapor por quilo de carvão queimado, o que não esconde a decepção.

Em 1842, ele descobriu e descreveu o fenômeno da magnetostrição, que consiste na mudança do tamanho e do volume de um corpo quando seu estado de magnetização muda. Em 1843, formulou e publicou os resultados finais de seu trabalho sobre o estudo da liberação de calor em condutores, em particular, mostrou experimentalmente que o calor gerado não era de forma alguma retirado do meio ambiente, o que refutou irrevogavelmente a teoria do calórico, cujo apoiadores ainda permaneciam naquela época. No mesmo ano, interessou-se pelo problema geral da relação quantitativa entre as diversas forças que conduzem à libertação de calor e, tendo chegado à convicção da existência de uma certa relação entre o trabalho e a quantidade de calor prevista por Mayer (1842), procurou uma relação numérica entre essas quantidades - o equivalente mecânico do calor. Durante 1843-1850, ele conduziu uma série de experimentos, melhorando continuamente as técnicas experimentais e confirmando cada vez o princípio da conservação de energia com resultados quantitativos.

James Joule Curta biografia Físicos ingleses são apresentados neste artigo.

Joule James Prescott curta biografia

James Prescott Joule nasceu em 24 de dezembro de 1818 na família de um rico proprietário de uma cervejaria. A boa situação financeira da família permitiu que James fosse educado em casa até os 15 anos. Recebeu excelentes conhecimentos nas áreas de física, matemática e química e, sentindo uma atração adicional pelas ciências, James Joule quis continuar seus estudos. Mas o destino decretou o contrário - devido à doença de seu pai, ele e seu irmão mais velho administraram a cervejaria da família por algum tempo.

As circunstâncias atuais não impediram James de seguir a ciência. Em casa, ele organiza um laboratório de física e começa a realizar seus experimentos. Durante o primeiro trabalho com motores elétricos, o cientista descobriu o seguinte - potência máquinas elétricas diretamente proporcional à saída de tensão e corrente.

Durante 7 anos, começando em 1847, o cientista conduziu uma série de experimentos para estudar o efeito do calor sobre eletricidade, passando pelo condutor. O resultado de seu trabalho foi a descoberta da relação proporcional entre a quantidade de calor liberada no condutor e a resistência deste material e o quadrado da corrente que passa por ele.

A descoberta de Joule fez dele um cientista famoso. Ele recebeu uma oferta de trabalho conjunto de W. Thomson. Eles, trabalhando em conjunto, tornaram-se, de fato, os progenitores de todas as unidades de refrigeração e refrigeradores. Joule descobriu que a expansão de um gás sem realizar nenhum trabalho leva a uma diminuição significativa na sua temperatura. Este efeito recebeu o nome de cientistas - é chamado de efeito Joule-Thomson.

(Inglês) James Prescott Joule, MFA: 24 de dezembro de 1818 – 11 de outubro de 1889) foi um físico e cervejeiro inglês.
Joule estudou a natureza do calor e determinou a quantidade de calor liberada durante o trabalho mecânico. Isto o levou à descoberta da lei da conservação da energia e, finalmente, à formulação da primeira lei da termodinâmica. Juntamente com Lord Kelvin, ele trabalhou no desenvolvimento da escala de temperatura absoluta. Ele também determina a quantidade de calor liberada quando a corrente passa por um condutor (lei de Joule-Lenz). Magnetostrição investigada.
A unidade de medida de energia, o Joule, utilizada em sistema internacional SI.
Nasceu em Salfordy, perto de Manchester, em 24 de dezembro de 1818. Aos 15 anos, Joule foi criado na família de seu pai, um rico cervejeiro, e foi educado em casa. Durante vários anos, ele aprendeu matemática, física e os princípios da química com o famoso físico e químico John Dalton, sob cuja influência Joule começou a pesquisa experimental aos 19 anos. Foi Dalton quem incutiu em Joule o amor pela ciência e a paixão por coletar e compreender os dados numéricos sobre os quais teorias científicas e leis. Infelizmente, a formação matemática de Joule era fraca, o que no futuro prejudicou muito a sua pesquisa e pode tê-lo impedido de fazer descobertas ainda mais significativas.
Em 1838, seu artigo descrevendo um motor eletromagnético apareceu na revista Annals of Electricity; em 1840, ele descobriu o efeito da saturação magnética e, em 1842, o fenômeno da magnetostrição;
Joule não tinha profissão nem trabalho além de ajudar a administrar a fábrica de seu pai. Até 1854, quando fábrica foi finalmente vendida, veja também planta de concreto, Joule trabalhou nela e aos trancos e barrancos, à noite, fez seus experimentos. Depois de 1854, Joule teve tempo e meios para construir casa própria laboratório físico e se dedicar inteiramente à física experimental. Mais tarde, Joule teve dificuldades financeiras e recorreu à Rainha Vitória em busca de ajuda financeira para continuar sua pesquisa.
Dispositivo de pesquisa de Joule para estudar o calor, 1845 durante 1837-1847 Joule dedicou todo o seu tempo livre a vários experimentos sobre a transformação várias formas energia - mecânica, elétrica, química - em energia térmica. Ele desenvolveu termômetros que mediam a temperatura com precisão de cem a duzentos graus, o que lhe permitiu realizar medições com a melhor precisão para a época. Influenciado pelo trabalho de Faraday, Joule voltou-se para o estudo dos efeitos térmicos da corrente, o que resultou na descoberta de uma lei hoje chamada lei de Joule. De acordo com esta lei, a quantidade de calor liberada em um condutor condutor de corrente é proporcional à resistência do condutor e ao quadrado da corrente.
Em 1843 Joule começou novo problema: prova da existência de uma relação quantitativa entre “forças” de diferentes naturezas que levam à libertação de calor. Seus primeiros experimentos consistiram em medir a quantidade de calor liberada em um recipiente com água, no qual um eletroímã giratório foi abaixado sob a influência de uma carga, e o próprio recipiente foi colocado em um campo magnético. Nesses experimentos, ele primeiro determinou o equivalente mecânico do calor (4,5 J/cal em unidades modernas) e, nos anos seguintes, estudou os efeitos térmicos ao forçar o líquido através de orifícios estreitos (1844), comprimir gás (1845), etc. Todas essas experiências levaram Joule à descoberta da lei da conservação da energia. Posteriormente, uma unidade de medida de todos os tipos de energia - mecânica, térmica, elétrica, radiação e outras - recebeu seu nome.
Em junho de 1847, Joule apresentou um artigo numa reunião da Associação Britânica de Cientistas no qual relatou medições precisas do equivalente mecânico do calor. O relatório se tornou um ponto de viragem em sua carreira. Em 1850 Joule foi eleito membro da Royal Society de Londres. Ele se tornou um dos cientistas mais respeitados de seu tempo, dono de muitos títulos e prêmios. A Rainha elevou-o ao título de cavaleiro.
Em 1847, Joule conheceu W. Thomson e junto com ele estudou o comportamento dos gases sob diversas condições. O resultado desta colaboração foi a descoberta do efeito de resfriamento do gás durante seu lento fluxo adiabático através de uma partição porosa (efeito Joule-Thomson). Este efeito é usado para liquefazer gases. Além disso, Joule construiu uma escala de temperatura termodinâmica, calculou a capacidade térmica de alguns gases, calculou a velocidade das moléculas do gás e estabeleceu sua dependência da temperatura.
Em 1854, Joule vendeu a fábrica que lhe foi deixada por seu pai e se dedicou inteiramente à ciência. Trabalhando incansavelmente na mesma área, antes de sua morte Joule publicou 97 trabalhos científicos, dos quais cerca de 20 foram realizados em colaboração com W. Thomson e L. Plefer; a maioria deles diz respeito à aplicação teoria mecânica calor para a teoria dos gases, física molecular e acústica e pertencem a obras clássicas em física.
Estátua de Joule no Conselho Municipal de Manchester Joule foi membro da Royal Society de Londres, títulos honorários de Honoris causa do Trinity College Dublin (1857), Universidade de Oxford (1861), Doutor em Hc de Edimburgo (1871) e Leiden (1875) Universidades; em 1878, o governo atribuiu-lhe uma pensão vitalícia de 200 libras.
As obras de Joule foram coletadas em "Scientific papers by JP Joule" (2 vols., Londres, 1884-87) e traduzidas em 1872 por Sprengel para o alemão.
Entre os prêmios e homenagens que o cientista recebeu estão a medalha de ouro da Royal Society (1852), a medalha Copley (1866) e a medalha Albert (1880). Em 1872 e 1877 Joule foi eleito presidente da Associação Britânica para a Difusão do Conhecimento Científico.
Joule morreu em Sale em 11 de outubro de 1889.