Джоуль

Эта статья про единицу энергии. Для использования в других целях, см Джоуль (значения).

Джоуль
Система единиц	Производная единица СИ
Единица	Энергия
Условное обозначение	J
Названный в честь	Джеймс Прескотт Джоуль
Конверсии
1 Дж в...	... равно...
Базовые единицы СИ	кг ⋅ м 2 ⋅ с −2
Единицы CGS	1 × 10 7 эрг
Ватт-секунды	1 Вт ⋅ с
киловатт-часы	≈2,78 × 10 −7  кВт⋅ч
килокалорий ( термохимический )	2,390 × 10 -4  ккал й
БТЕ	9,48 × 10 -4  БТЕ
электронвольт	≈6,24 × 10 18  эВ

Джоуль ( / dʒ aʊ л, dʒ ¯u л / щековина, jool ; символ: J) представляет собой полученный блок из энергии в Международной системе единиц. Она равна энергии, переданная (или работу, проделанная на) объект, когда сила одного ньютона действует на этом объекте в направлении движения силы через расстояние одного метра (1 ньютон-метр или Нм). Это также энергия, рассеиваемая в виде тепла, когда электрический ток в один ампер проходит через сопротивление в один Ом за одну секунду. Он назван в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889).

• 1 Определение
• 2 История
• 3 Практические примеры
• 4 кратных
• 5 конверсий
• 6 Ньютон-метр и крутящий момент
• 7 Вт / сек
  • 7.1 Фотография
• 8 См. Также
• 9 Примечания
• 10 Ссылки
• 11 Внешние ссылки

Сначала с точки зрения основных единиц СИ, а затем с точки зрения других единиц СИ, джоуль определяется как

${\ displaystyle {\ text {J}} = {\ frac {{\ text {kg}} {\ cdot} {\ text {m}} ^ {2}} {{\ text {s}} ^ {2} }} = {\ text {N}} {\ cdot} {\ text {m}} = {\ text {Pa}} {\ cdot} {\ text {m}} ^ {3} = {\ text {W }} {\ cdot} {\ text {s}} = {\ text {C}} {\ cdot} {\ text {V}} = {\ text {Ω}} {\ cdot} {\ text {A} } ^ {2} {\ cdot} {\ text {s}},}$

куда

Условное обозначение	Имея в виду
J	джоуль
кг	килограмм
м	метр
s	второй
N	ньютон
Па	паскаль
W	ватт
C	кулон
V	вольт
Ω	ом
А	ампер

Один джоуль можно также определить следующим образом:

• Работа, необходимая для перемещения электрического заряда в один кулон через разность электрических потенциалов в один вольт или один кулон-вольт (C⋅V). Это соотношение можно использовать для определения напряжения.
• Работа, необходимая для производства одного ватта энергии за одну секунду или одну ватт-секунду (Вт⋅с) (сравните киловатт-час  - 3,6 мегаджоулей). Это соотношение можно использовать для определения ватт.

Джоуль назван в честь Джеймса Прескотта Джоуля. Как и каждый SI единицу имени для человека, его символ начинается с верхним корпусом буквой (J), но при записи в полном объеме следует правилам для капитализации нарицательного ; т. е. « джоуль » пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном - в нижнем регистре.

Система cgs была объявлена ​​официальной в 1881 году на первом Международном электрическом конгрессе. Эрг был принят в качестве единицы энергии в 1882 году Вильгельм Сименс в своей инаугурационной речи в качестве председателя Британской ассоциации содействия развитию науки (23 августа 1882 г.) первым предложил Джоуля в качестве единицы тепла, которые могут быть получены от электромагнитного единиц Ампера и Ом, в единицах cgs, эквивалентных10 ⁷  эрг. Название подразделения в честь Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889), в то время находившегося на пенсии, но еще жившего (63 года), принадлежит Сименсу:

«Такую тепловую единицу, если она будет сочтена приемлемой, я думаю, с большим уместностью можно было бы назвать джоуль, в честь человека, который так много сделал для разработки динамической теории тепла».

На втором Международном электрическом конгрессе 31 августа 1889 года джоуль был официально принят наряду с ваттом и квадрантом (позже переименованным в генри ). Джоуль умер в том же году, 11 октября 1889 г. На четвертом конгрессе (1893 г.) были определены «международный ампер» и «международный ом» с небольшими изменениями в спецификациях для их измерения, при этом «международный джоуль» был единица, производная от них.

В 1935 году Международная электротехническая комиссия (как организация-преемница Международного электротехнического конгресса) приняла « систему Джорджи », которая в силу принятия определенного значения магнитной постоянной также подразумевала новое определение Джоуля. Система Георгия была одобрена Международным комитетом мер и весов в 1946 году. Джоуль теперь больше не определялся на основе электромагнитной единицы, а вместо этого был единицей работы, выполняемой одной единицей силы (в то время еще не названной ньютоном ). на расстоянии 1 метра. Джоуль был явно задуман как единица энергии, которая будет использоваться как в электромагнитном, так и в механическом контексте. Ратификация определения на девятой Генеральной конференции мер и весов в 1948 году добавила спецификацию, согласно которой джоуль также должен быть предпочтительной единицей тепла в контексте калориметрии, тем самым официально отказавшись от использования калорий. Это определение было прямым предшественником джоуля, принятого в современной Международной системе единиц в 1960 году.

Определение джоуля как J = кг⋅м ² ⋅с ⁻² оставалось неизменным с 1946 года, но джоуль как производная единица унаследовал изменения в определениях второго (в 1960 и 1967) метра (в 1983 году).) и килограмм ( в 2019 году ).

Один джоуль представляет (приблизительно):

• Энергия, необходимая для ускорения Масса 1  кг при1  м / с ² на расстоянии1  мес.
• Кинетическая энергия А Масса 2  кг, путешествующая на1  м / с.
• Энергия, необходимая для того, чтобы поднять помидор среднего размера на 1 метр (3 фута 3 дюйма), предположим, что томат имеет массу 101,97 грамма (3,597 унции).
• Тепла, необходимое для повышения температуры 0,239 г воды от 0 ° С до 1 ° С, или от 32 ° F до 33,8 ° F.
• Типичная энергия, выделяемая в виде тепла человеком в состоянии покоя каждые 1/60 с (17  мс ).
• Кинетическая энергия АЧеловек весом 50 кг движется очень медленно (0,2 м / с или 0,72 км / ч).
• Кинетическая энергия Теннисный мяч весом 56 г движется со скоростью 6 м / с (22 км / ч).
• Количество электроэнергии, необходимое для работы Устройство мощностью 1  Вт для1  с.
• Пищевая энергия (ккал) содержится чуть более чем в половине кристаллов сахара (0,102  мг / кристалл).

Дополнительные примеры см. В разделе Порядки величины (энергия).

СИ, кратные джоулям (Дж) Подмножественные Множественные Ценить Символ SI Имя Ценить Символ SI Имя 10 −1 Дж диджей дециджоуль 10 1 Дж daJ декаджоуль 10 -2 Дж cJ сантиджоуль 10 2 Дж hJ гектоджоуль 10 −3 Дж мДж миллиджоуль 10 3 Дж кДж килоджоуль 10 −6 Дж мкДж микроджоуль 10 6 Дж MJ мегаджоуль 10 −9 Дж нДж наноджоуль 10 9 Дж ГДж гигаджоуль 10 −12 Дж пДж пикоджоуль 10 12 Дж TJ тераджоуль 10 −15 Дж fJ фемтоджоуль 10 15 Дж Пижама петаджоуль 10 −18 Дж aJ аттоджоуль 10 18 Дж EJ экзаджоуль 10 −21 Дж zJ зептоджоуль 10 21 Дж ZJ зеттаджоуль 10 −24 Дж yJ йоктоджоуль 10 24 Дж YJ йоттаджоуль Общие кратные жирным шрифтом

Йоктоджоуль

Йоктоджоуль (yJ) равен 10 ⁻²⁴  джоулей.

Зептоджоуль

Зептоджоуль (zJ) равен одному секстиллиону (10 ⁻²¹) одного джоуля.160 мкДж - это примерно один электронвольт. Минимальная энергия, необходимая для небольшого изменения примерно при комнатной температуре - примерно 2,75 мкДж - дается пределом Ландауэра.

Аттоджоуль

Аттоджоуль (aJ) равен 10 ⁻¹⁸  джоулей.

Фемтоджоулей

Фемтоджоуль (fJ) равен 10 ⁻¹⁵  джоулей.

Пикоджоуль

Пикоджоуль (пДж) равен одной триллионной (10 ⁻¹²) одного джоуля.

Наноджоуль

Наноджоуль (нДж) равен одной миллиардной (10 ⁻⁹) одного джоуля.160 наноджоулей - это кинетическая энергия летающего комара.

Микроджоуль

Микроджоуль (мкДж) равен одной миллионной (10 ⁻⁶) одного джоуля. Большой адронный коллайдер (БАК) производит столкновения порядка Микроджоуль (7 ТэВ) на одну частицу.

Милджоуль

Милджоуль (мДж) равен одной тысячной (10 ⁻³) джоуля.

Килоджоулей

Килоджоуль (кДж) равен одной тысяче (10 ³) джоули. На этикетках пищевых продуктов в большинстве стран энергия выражается в килоджоулей (кДж).На один квадратный метр Земли приходится около1.4 килоджоулей от солнечной радиации каждую секунду в полном дневном свете.

Мегаджоуль

Мегаджоуль (МДж) равен одному миллиону (10 ⁶) джоулей, или приблизительно кинетическая энергия транспортного средства в один мегаграмм (тонна), движущегося со скоростью161  км / ч (100 миль / ч). Энергия, необходимая для нагрева 10 л жидкой воды при постоянном давлении от 0 ° C (32 ° F) до 100 ° C (212 ° F) примерно4,2  МДж. Один киловатт-час электроэнергии - это3,6 мегаджоулей.

Гигаджоуль

Гигаджоуль (ГДж) равен одному миллиарду (10 ⁹) джоулей.6  ГДж - это химическая энергия сжигания 1 барреля (159 л) нефти. 2 ГДж - это единица энергии Планка.

Тераджоуль

Тераджоуль (ТДж) равен одному триллиону (10 ¹²) джоули; или о0,278  ГВтч (часто используется в таблицах энергопотребления). О63  TJ энергии было выпущено Little Boy. Международная космическая станция, с массой приблизительно450  мегаграмм и орбитальная скорость7700  м / с, имеет кинетическую энергию примерно13 ТДж. В 2017 году пиковая энергия ветра урагана Ирма, по оценкам, составила112 ТДж.90 ТДж - это количество энергии, эквивалентное1 грамм масс.

Петаджоуль

Петаджоуль (ПДж) равен одному квадриллиону (10 ¹⁵) джоулей.210 ПДж это примерно50  мегатонн в тротиловом эквиваленте - это количество энергии, выпущенной Царь-бомбой, крупнейшим в истории рукотворным взрывом.

Экзаджоуль

Экзаджоуль (ЭДж) равен одному квинтиллиону (10 ¹⁸) джоулей. 2011 Тохоку землетрясения и цунами в Японии было1,41 ЭДж энергии в соответствии с его рейтингом 9,0 по шкале моментных величин. Годовое потребление энергии в США составляет примерно94 EJ.

Зеттаджоуль

Зеттаджоуль (ZJ) равен одному секстиллиону (10 ²¹) джоули. Годовое мировое потребление энергии людьми составляет примерно0,5 ZJ. Энергия для повышения температуры атмосферы Земли на 1 ° C составляет примерно2.2 ZJ.

Йоттаджоуль

Йоттаджоуль (YJ) равен одному септиллиону (10 ²⁴) джоулей. Это примерно количество энергии, необходимое для нагрева всей воды на Земле на 1 ° C. Тепловая мощность Солнца составляет примерно400 ЙДж в секунду.

Основная статья: Преобразование единиц энергии

1 джоуль равен (приблизительно, если не указано иное):

• 10 ⁷  эрг (точно)
• 6,241 509 74 × 10 ¹⁸  эВ
• 0,2390  кал (грамм калорий)
• 2,390 × 10 ^-4  ккал (пищевые калории)
• 9,4782 × 10 ^-4  БТЕ
• 0,7376  ft⋅lb (фут-фунт)
• 23,7  ft⋅pdl (фут-фунт)
• 2.7778 × 10 ⁻⁷  кВт⋅ч (киловатт-час)
• 2.7778 × 10 ⁻⁴  Вт⋅ч (ватт-час)
• 9,8692 × 10 ^-3  latm (литр-атмосфера)
• 11,1265 × 10 ⁻¹⁵  г (через эквивалент массы и энергии )
• 10 ⁻⁴⁴  врага (точно)

Единицы, определенные точно в джоулях, включают:

• 1 термохимическая калория = 4,184  Дж.
• 1 Международная таблица калорий = 4,1868  Дж.
• 1  Вт⋅ч = 3600  Дж (или 3,6  кДж)
• 1  кВт⋅ч =3,6 × 10 ⁶  Дж (или 3,6  МДж)
• 1  Вт⋅с =1 Дж
• 1 тонна в тротиловом эквиваленте =  4,184 ГДж

Основная статья: Ньютон-метр

В механике понятие силы (в каком-то направлении) имеет близкий аналог в понятии крутящего момента (около некоторого угла):

Линейный	Угловой
Сила	Крутящий момент
Масса	Момент инерции
Смещение	Угол

Результатом этого сходства является то, что единицей СИ для крутящего момента является ньютон-метр, который алгебраически имеет те же размеры, что и джоуль, но не является взаимозаменяемым. Генеральная конференция по мерам и весам дала единицу энергии имени джоуло, но не дала единица крутящий момента какого - либо специального названия, следовательно, это просто ньютон-метр (Нм) - имя соединения, полученный из его составляющие части. Использование ньютон-метров для крутящего момента и джоулей для энергии помогает избежать недоразумений и недоразумений.

Различие также можно увидеть в том факте, что энергия является скалярной величиной - скалярным произведением вектора силы и вектора смещения. Напротив, крутящий момент представляет собой вектор - векторное произведение вектора силы и вектора расстояния. Крутящий момент и энергия связаны друг с другом уравнением

${\ Displaystyle Е = \ тау \ тета \,}$

где E - энергия, τ - крутящий момент ( величина вектора ), а θ - угол поворота (в радианах ). Поскольку плоские углы безразмерны, отсюда следует, что крутящий момент и энергия имеют одинаковые размеры.

Ватт-вторыхи (символ W сек или Вт с) является производной единицей из энергии, эквивалентного джоуль. Ватт-секунда - это энергия, эквивалентная мощности одного ватта в течение одной секунды. Хотя ватт-секунда эквивалентна джоулю как в единицах измерения, так и в значении, есть некоторые контексты, в которых термин «ватт-секунда» используется вместо «джоуль».

Фотография

См. Также: Ведущее число

В фотографии единицей измерения вспышек является ватт-секунда. Вспышка может быть оценена в ватт-секундах (например, 300 Вт⋅с) или в джоулях (разные названия для одного и того же), но исторически термин «ватт-секунда» использовался и продолжает использоваться.

${\ displaystyle {\ text {Энергия вспышки в джоулях или ватт-секундах}} = {\ dfrac {1} {2}} \ cdot {\ text {емкость накопительного конденсатора в фарадах}} \ cdot {\ text {рабочее напряжение}} ^ {2}}$

Показатель энергии вспышки не является надежным критерием ее светоотдачи, поскольку на эффективность преобразования энергии влияет множество факторов. Например, конструкция трубки повлияет на эффективность, а использование отражателей и фильтров изменит полезный световой поток по направлению к объекту. Некоторые компании указывают свои продукты в «истинных» ватт-секундах, а некоторые - в «номинальных» ватт-секундах.

• Флюенс
• Взаимные джоули

• Словарь определения джоуля в Викисловаре