1840년 12월 그는 왕립학회에서 전류의 열 발생에 관한 논문을 읽고 전류가 도체를 통해 열을 발생시킨다는 법칙을 제안했습니다. э х . 법칙을 줄-렌츠 법칙이라고 합니다.
공식은 다음과 같이 표현됩니다: Q=I^2*Rt(J)
I=도체를 통과하는 전류, 단위: A;
R =도체 유효 저항, 단위: Ω;
t=전원 켜짐 시간, 단위: s. 주울의 주요 공헌은 열과 기계적 일 사이의 등가 관계에 대한 연구와 결정이었습니다. 이 분야 연구에 관한 첫 번째 논문인 "전자기의 열 효과와 열의 작업 가치에 관하여"는 1843년 영국 철학 저널 23권 3호에 게재되었습니다. 그 후 그는 다양한 재료를 사용하여 실험을 수행하고 실험 설계를 지속적으로 개선하여 사용된 방법, 장비 및 재료가 다르지만 결과는 서로 다르지 않으며 실험 정확도가 향상됨에 따라 다음과 같은 결과를 얻었습니다. 특정 값.
마지막으로 그는 수년간의 실험 결과를 논문에 썼고 1850년 왕립학회의 "Philosophical Transactions" 140권에 출판했습니다. 그 내용은 다음과 같습니다.
첫째, 고체든 액체든 마찰에 의해 발생하는 열은 항상 소비된 힘의 양에 비례합니다.
둘째, 물(진공 상태에서 무게를 측정하고 온도가 화씨 50~60도 사이인) 1파운드를 화씨 1도 높이는 데 필요한 열을 생성하려면 물을 떨어뜨리는 데 772파운드의 무게가 필요합니다. 1피트의 기계 작업. 그는 계속 발전하여 1878년까지 측정 결과가 보고되었습니다.
그의 약 40년 간의 연구 작업은 열 운동과 다른 운동의 상호 변환, 운동 보존 등과 같은 문제에 대한 의심할 여지 없는 증거를 제공했습니다. 따라서 주울은 보존 법칙의 발견자 중 한 사람이 되었습니다. 에너지의. Joule의 작업에 대한 초기 반대 중 일부는 그의 작업이 극도로 정확한 측정에 의존했기 때문이었습니다. 그는 온도를 1?200°F(3mK) 이내까지 정확하게 측정할 수 있다고 주장합니다. 이 정확도는 당시 실험물리학 분야에서는 이례적이었습니다. 그러나 Joule의 회의론자들은 Joule의 와인 제조 경험을 잊어버렸을 수도 있습니다. 그는 측정기 제조사인 존 벤자민 댄서(John Benjamin Dancer)로부터도 전폭적인 지지를 받았습니다.
독일의 헤르만 헬름홀츠는 줄의 연구와 1842년 줄리어스 로베르트 폰 마이어의 유사한 연구에 익숙해졌습니다. 두 사람 모두 자신의 작품을 발표한 후 무시당했지만 헬름홀츠는 1847년 에너지 보존 법칙을 최종적으로 발표하면서 그들의 공헌을 인정했습니다.
또한 Joule은 1847년 옥스포드에서 열린 영국 협회 회의에서 조지 스톡스(George Stokes), 마이클 패러데이(Michael Faraday), 그리고 나중에 켈빈 경이 된 선구적이고 독립적인 윌리엄(William Thomson)도 포함하여 보고서를 발표했습니다. 켈빈은 이미 글래스고 대학교의 자연철학 교수로 임명되었습니다. Stokes는 "Joulite"가 되는 경향이 있었고 Faraday는 회의적이었지만 "그것에 많은 충격을 받았습니다". 켈빈은 매혹되었지만 회의적이었습니다. 그해 말, Kelvin과 Joule은 샤모니에서 예기치 않게 만났습니다. Joule은 8월 18일 Amelia Grimes와 결혼한 후 신혼여행을 위해 이곳에 막 왔습니다. Joule은 여전히 결혼식의 흥분에 빠져 있었지만 며칠 후 Kelvin과 협의하여 Sallanches 폭포의 상단과 하단 사이의 온도 차이를 측정했습니다. Joule은 폭포가 쏟아져 내릴 때 에너지의 변화가 물의 열과 온도를 약간 증가시킨다고 믿었습니다. 그러나 자연계에는 수온에 영향을 미치는 다른 많은 요소가 있으므로 아무런 이득이 없습니다.
켈빈은 줄의 결과에 이론적 설명이 필요하다고 느꼈지만, 그 역시 한 발 물러나 카르노-클라피롱 학파를 옹호했습니다. 켈빈은 1848년에 절대 온도를 보고했을 때 "열(또는 칼로리)이 기계적 에너지로 변환되는 효과는 거의 없으며 확실히 입증되지 않았습니다."라고 썼습니다. 그러나 그의 각주 중 하나는 칼로리 질량에 대한 그의 원래 이론을 암시합니다. 회의적이었던 그는 Joule의 "매우 인상적인 발견"을 언급했습니다.
Joule은 Kelvin의 기사를 읽었을 때 그의 실험에서 열이 일로 전환되는 것을 보여주었다고 주장하면서 그에게 편지를 보냈지만 그는 여전히 추가 실험을 준비하고 있었습니다. 놀랍게도 Kelvin은 답례로 Joule에게 자신의 기사 사본을 보내지 않았습니다. Kelvin은 자신이 직접 실험을 준비하고 있으며 두 사람의 견해를 조정하기를 희망한다고 회신했습니다. 칼빈은 그 후 2년 동안 새로운 실험을 하지 않았지만 점점 카르노의 이론에 불만을 갖게 되었고 주울의 이론을 믿게 되었습니다. 1851년 기사에서 Kelvin은 "열의 원동력에 대한 전체 이론은 ... 두 가지 전제, 즉 Joule 이론과 Carnot-Clapeyron 이론"에 기초하고 있음을 인정하면서 기꺼이 타협했습니다. 열은 각각 Joule, Carnot 및 Clausius의 두 가지 명제에 기초합니다."
주울은 이 글을 읽자마자 켈빈에게 자신의 의견과 질문을 즉시 편지로 보냈다. 두 사람은 이후 광범위한 서신을 통해 유익한 협력을 시작했습니다. Joule은 실험을 수행하고 Kelvin은 결과를 분석하고 추가 실험을 권장합니다. 이 협력은 1852년부터 1856년까지 지속되었으며 그 결과에는 줄-톰슨 효과가 포함되었습니다. 이 결과에 대해 출판된 논문은 Joule의 연구와 분자 운동 이론을 널리 받아들였습니다. 역학은 움직임의 과학입니다. Joule은 Dalton의 학생이었습니다. 따라서 그의 세대의 많은 과학자들이 원자 이론에 회의적이었음에도 불구하고 그가 원자 이론을 깊이 믿었다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그는 또한 당시 무시되었던 존 헤르파스(John Herpas)의 기체 운동론을 받아들일 수 있는 몇 안 되는 사람 중 한 명이었습니다. 그는 나중에 Peter Ewart의 1813년 기사 "운동력 측정에 관하여"에 깊은 영향을 받았습니다.
주울은 자신의 발견과 열역학 이론 사이의 연관성을 인식했습니다. 그의 실험 기록에 따르면 그는 열이 병진 운동이 아닌 회전 운동의 한 형태라고 믿었습니다.
Joule은 Francis Bacon, Sir Isaac Newton, John Locke, Earl of Rumford 및 Sir Humphry Davy와 같은 전임자들에게서 자신의 아이디어에 대한 선례를 찾는 것을 거부할 수 없었습니다. 이러한 점은 타당하지만 Joule은 Rumford의 기사인 1034ft·lbf/Btu를 기반으로 열 작업 등가 값을 추정했습니다. 일부 현대 작가들은 Rumford의 실험이 체계적인 정량적 측정을 나타내지 않는다고 주장하면서 이 방법을 근본적으로 비판했습니다. Joule의 개인 메모 중 하나에서 그는 Mayer의 측정이 Rumford의 측정보다 더 정확하지 않다고 주장했는데, 아마도 Mayer가 자신의 작업에 참여하지 않았으면 좋았을 것입니다. 주울은 또한 1869년 맨체스터 문학철학회에 보낸 편지에서 언급한 녹색 섬광 현상에 대한 설명에도 기여했습니다.