Joule (J) on kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) käytetyn energian mittayksikkö ja tieteellisissä piireissä hyväksytty mittayksikkö. Laitetta käytetään kaikissa yhtälöissä ja laskelmissa, jotka liittyvät energiaan. SI -yleissopimusten mukaisesti jouleja lyhennetään isolla J -kirjaimella, koska termi on peräisin oikeasta nimestä, mutta jos se on kirjoitettu, sitä ei käytetä isoilla kirjaimilla. Yksi J määritellään energiamääräksi, joka kuluu 1 newtonin voimalla, joka siirtää objektia 1 metri samaan suuntaan kuin voima. Newton on voima, joka tarvitaan 1 kilogramman (2.2 kilon) massan kiihdyttämiseen nopeudella 1 metri (3.3 jalkaa) sekunnissa sekunnissa; siksi kiihtyvyys on sellainen, että massan nopeus kasvaa 1 metri sekunnissa kuluvan sekunnin aikana.
Määritelmä
Yllä oleva joule -määritelmä voi vaikuttaa monimutkaiselta, mutta SI -yksiköiden etuna on, että ne mahdollistavat sen, että kaikki monet asiat, joita tutkijat saattavat haluta mitata, voidaan mitata pienellä määrällä perusyksiköitä. Se tarkoittaa myös sitä, että pitämällä kiinni näistä yksiköistä kaikki tutkijat puhuvat samaa kieltä. Joule sanotaan olevan johdettu yksikkö, koska se saadaan perusyksiköistä kilogrammoina, metreinä ja sekunteina.
Sitä voidaan pitää newtonmetrina-1 newtonin voima, joka kohdistuu 1 metrin etäisyydelle (3.3 jalkaa). Koska newton on itse johdettu yksikkö, joule voidaan jakaa edelleen metreinä neliöinä kilogrammoina metreinä sekunnissa sekunnissa:
J = m2kgs-2
Vaikka joule on 1 newtonmetri, energiaa ei yleensä viitata jälkimmäisen yksikön käyttämiseen, jotta vältetään sekaannus vääntömomentin tai voimahetken mittayksikköön, mikä liittyy kiertoliikkeeseen.
Voima, työ, energia ja voima
Näiden termien ja niiden mittaamiseen käytettyjen yksiköiden välillä on usein jonkin verran sekaannusta. Voima on vaikutus, joka saa aikaan muutoksen kohteen liikkeessä; toisin sanoen kiihtyvyys. Työ on voiman käyttöä liikkeen aikaansaamiseksi, kun taas energia on potentiaalia tehdä työtä, ja se kuluu työnteon yhteydessä. Esimerkiksi kohteen työntäminen tiettyyn suuntaan edellyttää voiman kohdistamista, joka toimii, ja energia on kulutettava. Työ ja energia voidaan mitata jouleina.
Teho on nopeus, jolla energia kuluu ja mitataan watteina. Yhden J: n energian kulutus yhden sekunnin aikana kuluttaa 1 wattia, joten 1 W on 1 joulea sekunnissa. 1 watin lamppu käyttää 100 J energiaa sekunnissa. Kotitalouksien sähkönkulutus mitataan kilowattitunteina: kilowatti on 100 wattia ja 1,000 kilowattitunti 1 3,600,000 XNUMX J.
Esimerkit
Saadaksesi käsityksen siitä, kuinka paljon energiaa joule todellisuudessa on, se auttaa katsomaan joitain jokapäiväisiä esimerkkejä. Joule on energiamäärä, joka tarvitaan 1 gramman viileän, kuivan ilman lämpötilan nostamiseen 1.8 ° C (1.0 ° F). Keskimäärin hiljaa istuva ihminen tuottaa 100 J lämpöä joka sekunti. Energian määrä, joka tarvitaan pienen omenan nostamiseen 1 metri (3.3 jalkaa) maapallon painovoimaa vasten, vastaa suunnilleen 1 J.
Historia
Yksikkö on nimetty englantilaisen fyysikon James Prescott Joulen mukaan, jonka työ johti energian säilymisen teoriaan ja ensimmäiseen termodynamiikan lakiin 19 -luvulla. Kokeillaan hän pystyi määrittämään, että energia muuttuu muodosta toiseen, kun työ on tehty, mutta sitä ei voida luoda tyhjästä tai tuhota. Esimerkiksi kun sähköä käytetään moottorin kääntämiseen, osa sähköenergiasta muuttuu liikkeeksi ja loput muunnetaan lämmöksi. Hän pystyi osoittamaan, että liike ja lämpö vastaavat alkuperäistä sähköenergian määrää.