Joule - Joule
Joule | |
---|---|
Enhetssystem | SI -avledet enhet |
Enhet på | Energi |
Symbol | J |
Oppkalt etter | James Prescott Joule |
Konverteringer | |
1 J i ... | ... er lik ... |
SI baseenheter | kg ⋅ m 2 ⋅ s −2 |
CGS -enheter | 1 × 10 7 erg |
Watt-sekunder | 1 W ⋅ s |
kilowattimer | ≈2,78 × 10 −7 kW⋅h |
kilokalorier ( termokjemisk ) | 2.390 × 10 −4 kcal th |
BTUer | 9,48 × 10 −4 BTU |
elektronvolt | ≈6,24 × 10 18 eV |
Den joule ( / dʒ aʊ l , dʒ u l / underkjeve, Jool ; symbol: J ) er en avledet enhet av energi i SI-systemet . Det er lik energien som overføres til (eller arbeid utført på) et objekt når en kraft på ett newton virker på objektet i retning av kraftens bevegelse gjennom en avstand på en meter (1 newtonmeter eller N⋅m). Det er også energien som forsvinner som varme når en elektrisk strøm på en ampere passerer gjennom en motstand på en ohm i ett sekund. Det er oppkalt etter den engelske fysikeren James Prescott Joule (1818–1889).
Definisjon
Når det gjelder først og fremst basis SI -enheter og deretter når det gjelder andre SI -enheter, er en joule definert som
hvor
Symbol | Betydning |
---|---|
J | joule |
kg | kilo |
m | måler |
s | sekund |
N | newton |
Pa | pascal |
W | watt |
C | coulomb |
V | volt |
Ω | ohm |
EN | ampere |
En joule kan også defineres som følgende:
- Arbeidet som kreves for å flytte en elektrisk ladning av en coulomb gjennom en elektrisk potensialforskjell på en volt, eller en coulomb-volt (C⋅V). Dette forholdet kan brukes til å definere volt.
- Arbeidet som kreves for å produsere en watt effekt i ett sekund, eller ett watt-sekund (W⋅s) (sammenlign kilowattime- 3,6 megajoule). Dette forholdet kan brukes til å definere watt.
Joule er oppkalt etter James Prescott Joule . Som med alle SI -enheter oppkalt etter en person, begynner symbolet med en stor bokstav (J), men når den skrives i sin helhet følger den reglene for store bokstaver i et felles substantiv ; dvs. " joule " blir stor i begynnelsen av en setning og i titler, men er ellers med små bokstaver.
Historie
Den CGS-systemet hadde blitt erklært offisielt i 1881, på den første internasjonale elektriske kongressen . Den erg ble vedtatt som sin enhet for energi i 1882. Wilhelm Siemens , i hans innsettelse tale som formann i British Association for Advancement of Science (23.08.1882) først foreslo Joule som enhet av varme , å være avledet fra det elektromagnetiske enheter Ampere og Ohm , i cgs -enheter tilsvarende10 7 erg . Navngivningen av enheten til ære for James Prescott Joule (1818–1889), på det tidspunktet pensjonisttilværelse, men fortsatt lever (63 år), skyldes Siemens:
- "En slik varmeenhet, hvis den finnes akseptabel, kan med stor forsvarlighet kalles Joule, etter mannen som har gjort så mye for å utvikle den dynamiske teorien om varme."
På den andre internasjonale elektriske kongressen, 31. august 1889, ble joule offisielt adoptert sammen med watt og kvadrant (senere omdøpt til Henry ). Joule døde samme år, 11. oktober 1889. På den fjerde kongressen (1893) ble "internasjonale Ampere" og "internasjonale Ohm" definert, med små endringer i spesifikasjonene for målingen, med den "internasjonale Joule" enheten som stammer fra dem.
I 1935 vedtok Den internasjonale elektrotekniske kommisjonen (som etterfølgerorganisasjonen til den internasjonale elektriske kongressen) " Giorgi -systemet", som i kraft av å anta en definert verdi for den magnetiske konstanten også innebar en omdefinering av Joule. Giorgi -systemet ble godkjent av Den internasjonale komiteen for vekter og mål i 1946. Joule ble nå ikke lenger definert basert på elektromagnetisk enhet, men i stedet som arbeidsenhet utført av en kraftenhet (på det tidspunktet ennå ikke kalt newton ) over en meters avstand . Joule var eksplisitt ment som energienhet som skal brukes i både elektromagnetiske og mekaniske sammenhenger. Ratifiseringen av definisjonen på den niende generalkonferansen om vekter og tiltak i 1948, la til spesifikasjonen at joule også skulle foretrekkes som varmeenhet i kalorimetrisammenheng , og dermed avskrev bruken av kalorien offisielt . Denne definisjonen var den direkte forløperen til joule slik den ble vedtatt i det moderne internasjonale enhetssystemet i 1960.
Definisjonen på joule som J = kg⋅m 2 ⋅s −2 har vært uendret siden 1946, men joule som en avledet enhet har arvet endringer i definisjonene til den andre (i 1960 og 1967), måleren (i 1983 ) og kiloen ( i 2019 ).
Praktiske eksempler
Én joule representerer (omtrentlig):
- Energien som kreves for å akselerere a 1 kg masse kl1 m/s 2 gjennom en avstand på1 m .
- Den kinetiske energien til a2 kg masse som reiser kl1 m/s .
- Energien som kreves for å løfte en mellomstor tomat opp 1 meter, antar at tomaten har en masse på 101,97 gram (3,597 oz).
- Den varme som kreves for å heve temperaturen 0,239 g vann fra 0 ° C til 1 ° C, eller fra 32 ° C til 33,8 ° C.
- Den typiske energien som frigjøres som varme av en person i hvile hvert 1/60 sekund (17 ms ).
- Den kinetiske energien til a50 kg menneske beveger seg veldig sakte (0,2 m/s eller 0,72 km/t).
- Den kinetiske energien til a 56 g tennisball som beveger seg i 6 m/s (22 km/t).
- Mengden elektrisitet som kreves for å drive a 1 W enhet for1 s .
- Matens energi (kcal) i litt mer enn halvparten av en sukkerkrystall (0,102 mg /krystall).
Multipler
|
- Yoctojoule
- Yoctojoule (yJ) er lik 10 −24 joule .
- Zeptojoule
- Zeptojoule (zJ) er lik en sekstiondel (10 −21 ) av en joule.160 zJ er omtrent ett elektronvolt . Den minimale energien som trengs for å endre litt ved romtemperatur - omtrent 2,75 zJ - er gitt av Landauer -grensen .
- Attojoule
- Attojoule (aJ) er lik 10 −18 joule .
- Femtojoule
- Femtojoule (fJ) er lik 10 −15 joule .
- Picojoule
- Picojoule (pJ) er lik en billion (10 −12 ) av en joule.
- Nanojoule
- Nanojoule (nJ) er lik en milliarddel (10 −9 ) av en joule.160 nanojoules handler om den kinetiske energien til en flygende mygg.
- Mikrojoule
- Mikrojoule (μJ) er lik en milliondel (10 −6 ) av en joule. Den Large Hadron Collider (LHC) produserer kollisjoner av microjoule orden (7 TEV) per partikkel.
- Millijoule
- Millijoule (mJ) er lik en tusendel (10 −3 ) av en joule.
- Kilojoule
- Kilojoule (kJ) er lik tusen (10 3 ) joule. Ernæringsmessige etiketter i de fleste land uttrykker energi i kilojoule (kJ).En kvadratmeter av jorden mottar ca.1.4 kilojoule av solstråling hvert sekund i fullt dagslys.
- Megajoule
- Megajoule (MJ) er lik en million (10 6 ) joule, eller omtrent kinetisk energi til et kjøretøy på ett megagram (tonn) som beveger seg ved161 km/t (100 mph). Energien som kreves for å varme 10 L flytende vann ved konstant trykk fra 0 ° C (32 ° F) til 100 ° C (212 ° F) er omtrentlig4,2 MJ .En kilowattime strøm er3,6 megajoules .
- Gigajoule
- Gigajoule (GJ) er lik en milliard (10 9 ) joule.6 GJ handler om den kjemiske energien ved å forbrenne 1 fat (159 l) petroleum . 2 GJ handler om energienheten Planck .
- Terajoule
- Terajoule (TJ) er lik en billion (10 12 ) joule; eller om0,278 GWh (som ofte brukes i energitabeller). Om63 TJ energi ble utgitt av Little Boy . Den internasjonale romstasjonen , med en masse på ca.450 megagram og orbitalhastighet på7700 m/s , har en kinetisk energi på omtrent13 TJ . I 2017 ble orkanen Irma estimert til å ha en topp vindenergi på112 TJ .90 TJ er omtrent mengden energi som tilsvarer1 gram masse .
- Petajoule
- Petajoule (PJ) er lik en kvadrillion (10 15 ) joule.210 PJ handler om50 megaton TNT som er energimengden som frigjøres av tsar Bomba , den største menneskeskapte eksplosjonen noensinne.
- Exajoule
- Exajoule (EJ) er lik en kvintillion (10 18 ) joule. Den 2011 Tōhoku jordskjelvet og tsunamien i Japan hadde1,41 EJ energi i henhold til sin vurdering på 9,0 på skalaen for øyeblikkestørrelse . Det årlige amerikanske energiforbruket er omtrentlig94 EJ .
- Zettajoule
- Zettajoule (ZJ) er lik en sekstion (10 21 ) joule. Menneskets årlige energiforbruk i verden er ca.0,5 ZJ . Energien til å heve temperaturen i jordens atmosfære 1 ° C er omtrent2,2 ZJ .
- Yottajoule
- Yottajoule (YJ) er lik en septillion (10 24 ) joule. Dette er omtrent mengden energi som kreves for å varme opp alt vannet på jorden med 1 ° C. Solens termiske effekt er omtrent400 YJ per sekund.
Konverteringer
1 joule er lik (om ikke annet er angitt):
- 10 7 erg (nøyaktig)
- 6.241 509 74 × 10 18 eV
- 0,2390 cal (gram kalorier)
- 2.390 × 10 −4 kcal (matkalorier)
- 9.4782 × 10 −4 BTU
- 0,7376 ft⋅lb ( fotpund )
- 23.7 ft⋅pdl (fot-pund)
- 2,7778 × 10 −7 kW⋅h (kilowattime)
- 2,7778 × 10 −4 W⋅h (watt-time)
- 9.8692 × 10 −3 latm (liter-atmosfære)
- 11.1265 × 10 −15 g (ved masseenergiekvivalens )
- 10 −44 fiende (nøyaktig)
Enheter definert nøyaktig når det gjelder joule inkluderer:
- 1 termokjemisk kalori = 4,184 J
- 1 Internasjonal tabellkalori = 4,1868 J
- 1 W⋅h = 3600 J (eller 3,6 kJ)
- 1 kW⋅h =3,6 × 10 6 J (eller 3,6 MJ)
- 1 W⋅s =1 J.
- 1 tonn TNT = 4,184 GJ
Newtonmeter og dreiemoment
I mekanikk har kraftbegrepet (i en eller annen retning) en nær analog i dreiemomentbegrepet (omtrent en viss vinkel):
Lineær | Vinklet |
---|---|
Makt | Dreiemoment |
Masse | Treghetsmoment |
Forskyvning | Vinkel |
Et resultat av denne likheten er at SI-enheten for dreiemoment er newton-meteren , som fungerer algebraisk for å ha de samme dimensjonene som joule, men ikke er utskiftbare. Den Generelt konferansen om mål og vekt har gitt enhet av energi navnet joule , men har ikke gitt enhet av dreiemoment noen spesielle navn, derfor er det rett og slett den newton-meter (N⋅m) - en forbindelse navn avledet fra dets bestanddeler deler. Bruk av newton-meter for dreiemoment og joule for energi er nyttig for å unngå misforståelser og feilkommunikasjon.
Skillet kan også sees i det faktum at energi er en skalær mengde - prikkproduktet til en kraftvektor og en fortrengningsvektor. Derimot er dreiemoment en vektor - kryssproduktet av en kraftvektor og en avstandsvektor. Dreiemoment og energi er relatert til hverandre av ligningen
der E er energi, τ er ( vektormagnitude av) dreiemoment, og θ er vinkelen som feies (i radianer ). Siden plane vinkler er dimensjonsløse, følger det at dreiemoment og energi har de samme dimensjonene.
Watt-sekund
Et watt-sekund (symbol Ws eller W · s ) er en avledet enhet av energi som tilsvarer joule. Watt-sekund er energien som tilsvarer effekten av en watt som opprettholdes i ett sekund . Mens wattsekundet tilsvarer joule i begge enheter og betydning, er det noen sammenhenger der begrepet "watt-sekund" brukes i stedet for "joule".
Fotografering
I fotografi, enheten for blinker er watt-sekund. Et blits kan vurderes i wattsekunder (f.eks. 300 W⋅s) eller i joule (forskjellige navn for det samme), men historisk har begrepet "watt-sekund" blitt brukt og fortsetter å bli brukt.
Energiklassifiseringen som en blits er gitt, er ikke en pålitelig målestokk for lysutbyttet fordi det er mange faktorer som påvirker energieffektivitetskonvertering. For eksempel vil konstruksjonen av røret påvirke effektiviteten, og bruk av reflektorer og filtre vil endre den brukbare lysutgangen mot motivet. Noen selskaper angir produktene sine i "ekte" watt-sekunder, og noen angir produktene sine i "nominelle" watt-sekunder.
Se også
Merknader
Referanser
Eksterne linker
- Ordbokdefinisjonen av joule i Wiktionary