Zu seinem 204. Geburtstag hätte sich James Prescott Joule ein riesiges Tortenstück verdient, mit viel Schlagsahne und 300 Kilokalorien. Aber halt! Warum sprechen wir noch von Kalorien? Die offizielle Maßeinheit für unsere künftigen Fettpölsterchen ist doch Joule – die Wärmeenergie in Lebensmitteln. Und das bereits seit Jahrzehnten. Dass sich diese Messgröße im Alltag noch immer nicht durchgesetzt hat, ist bezeichnend. Denn auch ihr Namensgeber wird zeitlebens oft verkannt, obwohl seine Ideen die Welt prägen.

Hopfen, Malz und eine Menge Gehirnschmalz

Geboren wird James Prescott Joule am Weihnachtsabend 1818 nahe Manchester. Schon früh interessiert sich der Sohn eines Brauereibesitzers für physikalische Vorgänge. Ein Hauslehrer zeigt ihm und seinem Bruder Experimente wie das Einfangen von Luftelektrizität mit einem Drachen von Benjamin Franklin. Dadurch findet Joule Inspirationen für eigene Versuche. Mit einfachsten Utensilien baut er einen Motor, mit dem er elektromagnetische Kräfte untersucht. Die ernüchternden Ergebnisse publiziert er mit 18 Jahren in seinem „Jahrbuch der Elektrizität“: Zu groß ist der Verbrauch des sehr teuren Zinks in der Batterie, um einen profitablen Wirkungsgrad von Elektromotoren zu erzielen.

 

Joules Entdeckungen

wirken noch heute

 

  • Wasserkocher: James Prescott Joule entwickelt das „Joule‘sche Gesetz“. Praktisch wird dieses bei Elektroheizungen, Wasserkochern oder Toastern genutzt.

 

 

  • Sprühdose: Gemeinsam mit William Thomson entdeckt der Engländer den „Joule-Thomson-Effekt“ – die Grundlage dafür, dass Deo in der Sprühdose kalt bleibt.

 

 

  • Schweißverfahren: Joule erfindet das Widerstandsschweißen, ein Verfahren für elektrisch leitfähige Werkstoffe. Das Prinzip wird bis heute angewandt – zum Beispiel in der Elektroindustrie.

Wegweisend: Das Joule'sche Gesetz der elektrischen Stromwärme 

Wassererwärmer (© macro videography/Shutterstock)
Auf Joule zurückgehend: Der Tauchsieder zum Erhitzen von Wasser funktioniert nach den Erkenntnissen des genialen Engländers. 
Als Joules Versuch scheitert, einen Batterieantrieb für ein „Perpetuum mobile“ zu erfinden, lenkt dieser ihn auf sein heute bekanntestes Thema: 1840 demonstriert er, dass sich Wasser erhitzt, wenn ein elektrisch geladener Draht hineinragt. Das „Joule'sche Gesetz der elektrischen Stromwärme“ wird geboren. Es beweist den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Zeit und Wassertemperatur. Dieser wird auch „elektrisches Wärmeäquivalent“ genannt.
Später fügt er das „mechanische Wärmeäquivalent“ hinzu. Es besagt, dass eine gewisse Menge mechanischer Arbeit in der Lage ist, eine bestimmte Wärmemenge zu erzeugen. Damit hat Joule die Vorarbeiten für den später von Hermann von Helmholtz formulierten geleistet: Mechanische Arbeit, elektrische Energie und Wärme sind im Grunde das Gleiche – physikalische Größen, die ineinander umgewandelt, aber nicht neu erschaffen werden oder verloren gehen können.
James Prescott Joule
"Mein Ziel war es, zunächst die richtigen Prinzipien zu entdecken und dann ihre praktische Entwicklung vorzuschlagen."
James Prescott Joule

Viele Ideen, wenige Fans

Joules Forschungsdrang kennt keine Grenzen: So beschäftigt er sich damit, warum Sternschnuppen glühen, woher die Passatwinde ihre Energie beziehen oder warum einem beim Bergsteigen warm wird. So spannend seine Erkenntnisse sind, so unspektakulär ist sein Erscheinungsbild. Auch James Prescott Joules Nervosität und Schüchternheit stehen ihm oft im Weg und er tut sich schwer, das Publikum zu überzeugen. Der erste, der Joules Genie zu würdigen weiß, war William Thomson – späterer Lord Kelvin. Die beiden werden in den 1850er-Jahren Freunde und Kollegen. 

Softeismaschine (© fetrinka/Shutterstock)
Abkühlung im Sommer: Der „Joule-Thomson-Effekt“ hält Softeis beim Ausschäumen aus der Druckflasche kühl.

Zwei produktive Partner: James Prescott Joule und William Thomson

Gemeinsam entdecken James Prescott Joule und William Thomson den „Joule-Thomson-Effekt“. Dieser beschreibt die Temperaturveränderung eines Gases bei einer Druckminderung an einer Drossel. Ob sich das Gas abkühlt oder erwärmt und wie hoch die Temperaturänderung ist, hängt vom Ausgangsdruck, der Gasmenege und der Gasart ab. Praktisch wird der Effekt bei der Herstellung von Sodawasser, Schlagobers oder Softeis genutzt.
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Bereit für eine Reise ins viktorianische England? James Prescott im Videoporträt.

Vom Akademiker zum Almosenempfänger

Der Höhepunkt von James Prescott Joules öffentlicher Anerkennung ist die Mitgliedschaft in der Gelehrtengesellschaft Royal Society in London. Danach geht es für ihn abwärts. Als sein Vater erkrankt, übernimmt er die Brauerei mit seinem Bruder, diese muss aber bald zwangsverkauft werden. Private Schicksalsschläge folgen und Joule kann sich nur dank der Unterstützung von Königin Victoria über Wasser halten. Seine letzten Erfindungen – darunter ein elektrisches Schweißverfahren, das noch heute verwendet wird – bleiben damals unbemerkt.

James Prescott Joule stirbt im Oktober 1889 in London. Kurz vor seinem Tod blickt er auf sein Leben zurück und meint, 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 sehen in ihm eines der größten Genies der Wissenschaft!


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