Biografi
Stefan var son till Aleš (Aleksander) Stefan (1805-1872) och Marija Startinik (1815-1863). Föräldrarna, båda etniska slovener, gifte sig inte förrän Josef var elva år. Familjen Stefan hade en blygsam förmögenhet och hans far var assistent i en kvarn och hans mor tjänstgjorde som hembiträde. Josef var deras enda barn.
Stefan gick i grundskolan i Klagenfurt, där han visade talang, och rekommenderades för inskrivning vid Klagenfurt Lyceum år 1845. Vid tretton års ålder upplevde han revolutionsåret 1848, vilket inspirerade honom att visa sympati för den slovenska litterära och nationella rörelsen.
Efter att ha tagit studenten som bäst i sin klass på gymnasiet övervägde han kort att gå med i Benediktinorden, men hans stora intresse för fysik tog överhanden. Han flyttade till Wien 1853 för att studera matematik och fysik. Hans professor i fysik i gymnasiet var Karel Robida, som skrev den första slovenska fysiklärboken. Stefan tog sedan sin habilitering i matematisk fysik vid universitetet i Wien 1858. Under sina studentår skrev och publicerade han också ett antal dikter på slovenska.
Stefan blev 1863 professor i fysik i Wien och 1866 även direktor vid Fysiska institutet där. Han var vice ordförande för Wiens vetenskapsakademi och medlem av flera vetenskapliga institutioner i Europa. Hans liv och arbete dokumenterades utförligt av fysikern Janez Strnad.
Forskning
Stefan publicerade nästan 80 vetenskapliga artiklar, mestadels i Bulletiner från Wiens vetenskapsakademi. Han är mest känd för att ha utarbetat Stefans lag år 1879, en fysikalisk potenslag som säger att den totala strålningen från en svart kropp är proportionell mot fjärde potensen av dess termodynamiska temperatur T :
Stefen härledde denna lag från de franska fysikerna Dulong och Petits mätningar. Eftersom både infallande strålning och svartkroppsemission alltid är lika, gäller denna ekvation lika för temperaturen hos vilken ideal kropp som helst som utsätts för infallande strålning över dess yta. År 1884 utvidgades lagen till att gälla gråkroppsemission av Stefans student Ludwig Boltzmann och är därför känd som Stefan–Boltzmanns lag. Boltzmann behandlade en värmemotor med ljus som fungerande materia. Denna lag är den enda fysikaliska naturlagen som är uppkallad efter en slovensk fysiker. Idag är lagen härledd från Plancks lag om svartkroppsstrålning:
Med sin lag bestämde Stefan temperaturen på solens yta, vilken han beräknade till 5 430 °C. Detta var det första rimliga värdet för solens temperatur.
Stefan utförde de första mätningarna av värmeledningsförmåga hos gaser, behandlade avdunstning och studerade bland annat diffusion och värmeledning i vätskor. För sin avhandling om optik tilldelade universitetet i Wien honom Liebenpriset. På grund av hans tidiga arbete med att beräkna avdunstnings- och diffusionshastigheter kallas flöde från en droppe eller partikel som induceras genom avdunstning eller sublimering vid ytan nu Stefanflödet.
Mycket viktiga är också hans elektromagnetiska ekvationer, definierade i vektornotation, och arbeten inom den kinetiska värmeteorin. Stefan var bland de första fysikerna i Europa som helt förstod Maxwells elektromagnetiska teori och en av få utanför England som utvecklade den. Han beräknade induktiviteten hos en spole med kvadratiskt tvärsnitt, och han korrigerade Maxwells felberäkning. Han forskade också på ett fenomen som kallas skinneffekten, där högfrekvent elektrisk ström är större på ytan av en ledare än i dess inre.
Inom matematiken är Stefanproblemen eller Stefans uppgifter med rörlig gräns välkända. Problemet studerades först av Lamé och Clapeyron år 1831. Stefan löste problemet när han beräknade hur snabbt ett islager på vatten växer ( Stefans ekvation).
Stefan gjorde viktiga undersökningar rörande ljusets interferens och dubbelbrytning samt polarisationsplanets vridning i kvarts, om ljudets fortplantningshastighet i gaser och i fasta kroppar, om vätskors och salters lösning i vatten, varvid han på experimentell väg bekräftade den moderna gasteorin, samt lagarna för de elektrodynamiska företeelserna och induktion.
