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24. Dezember 2013

Entdecker der Stromwärme: James Prescott Joule

Was haben Fettpölsterchen, eine Bierbrauerei und die elektrische Wärmeentwicklung miteinander zu tun? Das Leben des Physikers James Prescott Joule ist der gemeinsame Nenner. Heute wäre er 195 Jahre alt.

Zu seinem 195. Geburtstag hätte sich James Prescott Joule ein riesiges Tortenstück verdient, mit viel Schokolade, Schlagsahne und 300 Kilokalorien. Doch halt. Warum sprechen wir eigentlich noch von Kalorien? Die offizielle Maßeinheit für unsere künftigen Fettpölsterchen ist das Joule - die Wärmeenergie in Lebensmitteln. Und das bereits seit Jahrzehnten. Dass es sich noch immer nicht durchgesetzt hat, ist bezeichnend. Denn auch sein Namensgeber wurde zeitlebens oft verkannt. Doch fangen wir von vorne an, im Leben des Genies.


Die Kindheit: Hopfen, Malz und eine Menge Gehirnschmalz
Geboren wurde James Prescott Joule am Weihnachtsabend 1818 nahe Manchester. Schon früh interessierte sich der Sohn eines Brauereibesitzers für physikalische Vorgänge. Ein Hauslehrer zeigte James Prescott und seinem Bruder Experimente wie das "Einfangen von Luftelektrizität mit einem Drachen" von Benjamin Franklin. Später lernten die beiden Brüder bei John Dalton, dem Begründer der Atomtheorie. Bei den wohlhabenden Eltern gingen namhafte Gelehrte aus und ein - wie William Sturgeon, der Erfinder des Elektromagneten. Dadurch fand Joule Inspirationen für Experimente. Mit einfachsten Utensilien baute er einen Motor, mit dem er elektromagnetische Kräfte untersuchte. Die Ergebnisse publizierte er mit gerade mal 18 Jahren in seinem "Jahrbuch der Elektrizität".


Die Sternstunde: Das Joule'sche Gesetz der elektrischen Stromwärme
Der misslungene Antrieb eines "Perpetuum mobile" mit einer Batterie lenkte James Prescott Joule auf sein bekanntestes Thema: 1840 demonstrierte er, dass sich Wasser erhitzt, wenn ein Draht hineinragt, der unter Strom steht. Das "Joule'sche Gesetz der elektrischen Stromwärme" war geboren - es bewies den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Zeit und Wassertemperatur. In den folgenden Jahren wurden die Experimente immer raffinierter. Joule vermengte Wasser mit Quecksilber, presste es durch Düsen oder fügte Gase bei - immer in Hinblick auf die Relation von Arbeit und Wärme. So entstand das "mechanische Wärmeäquivalent".


Zwei produktive Partner: James Prescott Joule und William Thomson
Der erste, der diesen physikalischen Meilenstein zu würdigen wusste, war William Thomson - späterer Lord Kelvin. Die beiden wurden in den 1850er-Jahren Freunde und Kollegen. Gemeinsam stießen sie beispielsweise auf den "Joule-Thomson-Effekt". Dieser beschreibt die Abkühlung frei expandierender Gase. Darüber hinaus beschäftigte sich James Prescott Joule etwa damit, warum Sternschnuppen glühen, woher die Passatwinde ihre Energie beziehen oder warum einem beim Bergsteigen warm wird. So genial Joules Erkenntnisse waren, so unspektakulär war sein Erscheinungsbild. Auch seine Nervosität und Schüchternheit stand ihm oft im Weg und er tat sich schwer, das Publikum zu überzeugen.

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Joule befasste sich auch mit dem Glühverhalten von Sternschnuppen. © Michael Pollak (flickr)


Der Absturz: Vom Akademiker zum Almosenempfänger
Der Höhepunkt der öffentlichen Anerkennung war die Mitgliedschaft in der Royal Society in London. Danach ging es für James Prescott Joule abwärts. Als sein Vater erkrankte, übernahm er die Brauerei mit seinem Bruder, diese musste aber bald zwangsverkauft werden. Private Schicksalsschläge folgten und Joule konnte sich nur dank der Unterstützung von Königin Victoria über Wasser halten. Seine letzten Erfindungen - darunter ein elektrisches Schweißverfahren, das noch heute verwendet wird - blieben damals unbemerkt.

James Prescott Joule starb im Oktober 1889 in London. Traurig blickte er auf sein Leben zurück und meinte, nichts Großes geleistet zu haben. Doch wir wissen es besser. Auch wenn viele von uns nach wie vor lieber Kalorien zählen, erkennen wir die Erkenntnisse des großen Physikers an und wünschen alles Gute zum 195. Geburtstag!



Happy Birthday, Mister Joule! © Liza Lagman Sperl (flickr)