Joule - Joule

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Joule
Ölçü sistemi SI türetilmiş birim
Birimi Enerji
Sembol J
Adını James Prescott Joule
Dönüşümler
1 J giriş ... ... eşittir ...
    SI temel birimleri     kg m 2 s −2
    CGS birimleri     1 × 10 7 erg
    Watt saniye     1 W s
    kilovat-saat     2,78 × 10 −7  kW⋅h
    kilokalori ( termokimyasal )     2,390 × 10 −4  kcal inci
    BTU'lar     9,48 × 10 −4  BTU

Joule ( / l , Û l / alt çene, jool ; sembolü J ) a, türetilmiş birim arasında enerji olarak Uluslararası Birim Sistemi . Bir metrelik (1 newton metre veya N⋅m) bir mesafe boyunca kuvvetin hareketi yönünde bir nesneye bir Newton'luk bir kuvvet etki ettiğinde, bir nesneye aktarılan (veya üzerinde yapılan işe ) eşittir . Bir zaman da ısı olarak yayılan enerji olan elektrik akımı biri amper bir geçer direnç biri ohm bir saniye. Adını İngiliz fizikçi James Prescott Joule'den (1818-1889) almıştır.

Tanım

Öncelikle temel SI birimleri ve ardından diğer SI birimleri açısından, aşağıda bir joule tanımlanmıştır (lütfen sembollerin anlamı için bu tabloyu dikkate alın):

Sembol Anlam
J joule
kilogram kilogram
m metre
s ikinci
N Newton
Baba Pascal
W vat
C Coulomb
V volt
Ω ohm
Bir amper

Bir joule şu şekilde de tanımlanabilir:

  • Çalışma, bir hareket ettirmek için gereken elektrik yükü biri coulomb bir ile elektrik potansiyeli farkı bir volt, veya bir bölgesinin Coulomb volt (C⋅V). Bu ilişki voltajı tanımlamak için kullanılabilir.
  • Bir saniye veya bir watt-saniye (W⋅s) için bir watt güç üretmek için gereken iş ( kilovat-saat  - 3.6 megajoule ile karşılaştırın). Bu ilişki watt'ı tanımlamak için kullanılabilir.

Joule adını James Prescott Joule'den almıştır . Bir kişi için adlandırılan her SI biriminde olduğu gibi , sembolü büyük harfle (J) başlar, ancak tam olarak yazıldığında ortak bir ismin büyük harfle yazılması için kuralları izler ; yani, " joule " cümlenin başında ve başlıklarda büyük harfle yazılır , ancak bunun dışında küçük harfle yazılır.

Tarih

Cgs sistemi ilk başta, 1881 yılında resmi olarak ilan edilmişti Uluslararası Elektrik Kongresi'nde . Erg 1882 yılında enerji onun birimi olarak kabul edilmiştir Wilhelm Siemens başkanı olarak yaptığı açılış konuşmasında, Advancement of Science için İngiliz Kültür Derneği (1882, 23 Ağustos) ilk teklif edilen Joule birimi olarak ısı , elektromanyetik elde edilecek tane Amper ve Ohm eşdeğer cGS birimlerinde, 10 7  erg . Ünitenin emekli olduğu ancak hala yaşadığı (63 yaşında) James Prescott Joule (1818-1889) şerefine isimlendirilmesi Siemens'e bağlıdır:

"Böyle bir ısı birimi, eğer kabul edilebilir bulunursa, bence, dinamik ısı teorisini geliştirmek için bu kadar çok şey yapan adamın adından sonra, büyük bir doğrulukla Joule olarak adlandırılabilir."

İkinci Uluslararası Elektrik Kongresi'nde, 31 Ağustos 1889'da, watt ve kadranın yanında (daha sonra Henry olarak yeniden adlandırıldı ) joule resmen kabul edildi . Joule, 11 Ekim 1889'da aynı yıl öldü. Dördüncü kongrede (1893), "uluslararası Amper" ve "uluslararası Ohm", ölçüm özelliklerinde küçük değişikliklerle, "uluslararası Joule" olarak tanımlandı. onlardan türetilen birim.

1935 yılında, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (Uluslararası Elektrik Kongresi'nin ardıl organizasyonu olarak) , manyetik sabit için tanımlı bir değer varsaymakla aynı zamanda Joule'un yeniden tanımlanmasını da ima eden " Giorgi sistemini" kabul etti . Giorgi sistemi 1946'da Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi tarafından onaylandı . Joule artık elektromanyetik birime dayalı olarak değil , tek bir kuvvet birimi tarafından gerçekleştirilen birimi olarak tanımlanıyordu (o zamanlar henüz Newton olarak adlandırılmamıştı ) 1 metre mesafeden . Joule açıkça hem elektromanyetik hem de mekanik bağlamlarda kullanılacak enerji birimi olarak tasarlandı. Dokuzuncu Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansında 1948'de yapılan tanımın onaylanması , joule'un kalorimetre bağlamında ısı birimi olarak da tercih edileceğini ve böylece kalori kullanımını resmi olarak ortadan kaldırdığı spesifikasyonunu ekledi . Bu tanım, 1960'ta modern Uluslararası Birimler Sisteminde kabul edildiği şekliyle joule'un doğrudan habercisiydi .

Joule'un J = kg⋅m 2 ⋅s −2 olarak tanımı 1946'dan beri değişmeden kalmıştır, ancak türetilmiş bir birim olarak joule, ikinci (1960 ve 1967'de), metre (1983'te ) tanımlarındaki değişiklikleri miras almıştır. ) ve kilogram ( 2019'da ).

Pratik örnekler

Bir joule temsil eder (yaklaşık olarak)

  • Kinetik enerji , bir 2 kg'lık kütle 1 seyreden m / s
  • Orta boy bir domatesi 1 metre (3 ft 3 inç) yukarı kaldırmak için gereken enerji (domatesin yaklaşık 100 gramlık bir kütleye sahip olduğunu varsayın).
  • Enerji 1 m⋅s de 1 kg kitle hızlandırmak için gerekli -2 1 m'lik bir mesafe boyunca.
  • Isı 0.24 ° C su içinde 1 g ısısını yükseltmek için gereken.
  • Dinlenme halindeki bir kişi tarafından her 1/60 saniyede bir ısı olarak açığa çıkan tipik enerji (yaklaşık 17 ms).
  • Kinetik enerji çok yavaş (0.2 m / sn ya da 0.72 km / s) hareket eden bir 50 kg ağırlığındaki bir insan arasında.
  • 6 m / s (22 km / s) hızla hareket eden 56 g tenis topunun kinetik enerjisi.
  • 1 s için 1 W LED'i yakmak için gereken elektrik miktarı .
  • Bir şeker kristalinin yarısından biraz daha fazlasındaki besin enerjisi (kcal) (yaklaşık 0,102 mg / kristal).

Bir kilovat-saat 3.6 megajoule'dir.

Katlar

Joule'un SI katları (J)
Alt katmanlar Katlar
Değer SI sembolü İsim Soyisim Değer SI sembolü İsim Soyisim
10 −1 J dJ decijoule 10 1 J daJ Decajoule
10 2 J cJ centijoule 10 2 J hJ Hektojoule
10 −3 J mJ milijoule 10 3 J kJ kilojul
10 −6 J µJ mikro jul 10 6 J MJ megajoule
10 −9 J nJ nanojul 10 9 J GJ Gigajoule
10 - 12 J pJ picojoule 10 12 J TJ Terajoule
10 - 15 J fJ Femtojoule 10 15 J PJ Petajoule
10 -18 J aJ attojoule 10 18 J EJ exajoule
10 -21 J zJ Zeptojoule 10 21 J ZJ Zettajoule
10 - 24 J yJ Yoctojoule 10 24 J YJ Yottajoule
Ortak katlar kalın yüzdedir
Yoctojoule
Yoctojoule (yJ), bir joule'ün (10 -24 ) değerine eşittir .
Zeptojoule
Zeptojoule (ZJ) bir sextillionth (10 eşittir -21 bir jul). 160 zeptojoule yaklaşık bir elektronvolttur .
Yaklaşık oda sıcaklığında biraz değiştirmek için gereken minimum enerji - yaklaşık 2,75 zJ - Landauer sınırı tarafından verilir .
Attojoule
Attojoule (aJ), bir joule'ün (10 - 18 ) 'e eşittir .
Femtojoule
Femtojoule (fJ), bir joule'ün (10 −15 ) değerine eşittir .
Picojoule
Picojoule (pJ), bir joule'ün trilyonda birine (10 −12 ) eşittir .
Nanojoule
Nanojoule (nJ), bir joule'ün milyarda birine (10 −9 ) eşittir . 160 nanojul, uçan bir sivrisineğin kinetik enerjisi hakkındadır .
Mikrojul
Mikrojoule (μJ), bir joule'ün milyonda birine (10 −6 ) eşittir . Buyuk Hadron (LHC) partikül başına microjoule düzenine (7 TEV) çarpışmasını üretir.
Millijoule
Milijoule (mJ), bir joule'ün binde birine (10 −3 ) eşittir .
Kilojul
Kilojul (kj) bin (10 eşittir 3 ) jul. Çoğu ülkedeki besleyici gıda etiketleri enerjiyi kilojul (kJ) cinsinden ifade eder.
Biri metrekare Dünya'nın 1.4 kilojoules hakkında aldığı güneş radyasyonu tam gün ışığında her saniye.
Megajoule
Megajul (MJ) bir milyon (10 eşittir 6 ) jul veya 161 km / saat (100 ölçü), hareket eden bir Megagram (ton) bir aracın yaklaşık olarak kinetik enerji.
0 ° C (32 ° F) ile 100 ° C (212 ° F) arasında sabit basınçta 10 litre sıvı suyu ısıtmak için gereken enerji yaklaşık 4,2 MJ'dir.
Bir kilovat saatlik elektrik 3.6 megajoule'dir.
Gigajoule
Gigajoule (GJ) bir milyar (10 eşittir 9 ) jul. 6 GJ, 1 varil (159 l) petrolün yakılmasının kimyasal enerjisi ile ilgilidir . 2 GJ, Planck enerji birimi hakkındadır.
Terajoule
Terajoule (TJ) bir trilyon (10 12 ) joule'e eşittir ; veya yaklaşık 0.278 GWh (enerji tablolarında sıklıkla kullanılır). Little Boy tarafından yaklaşık 63 TJ enerji serbest bırakıldı . Uluslararası Uzay istasyonu , bir yaklaşık 450 kütlesi ile megagrams ve 7,700 m / s yörünge hızına, bir yer alır kinetik enerji yaklaşık 13 TJ. 2017'de, Irma Kasırgasının en yüksek rüzgar enerjisinin 112 TJ olduğu tahmin ediliyordu. 90 TJ, 1 gram kütleye eşdeğer enerji miktarıdır .
Petajoule
Petajoule (PJ), bir katrilyon (10 15 ) joule'ye eşittir . 210 PJ, bugüne kadarki en büyük insan yapımı patlama olan Tsar Bomba tarafından salınan enerji miktarı olan yaklaşık 50 megaton TNT'dir .
Exajoule
Exajoule (EJ), bir kentilyon (10 18 ) joule'ye eşittir . 2011 Tōhoku depremi ve tsunamisi Japonya'da 9.0 onun değerlendirmesi göre enerjinin 1.41 EJ vardı moment büyüklüğü derecelendirmesine . Yıllık ABD enerji tüketimi yaklaşık 94 EJ'dir.
Zettajoule
Zettajoule (ZJ) bir sextillion (10 21 ) joule'ye eşittir . İnsanın yıllık dünya enerji tüketimi yaklaşık 0,5 ZJ'dir. Dünya atmosferinin sıcaklığını 1 ° C yükseltmek için gereken enerji yaklaşık 2,2 ZJ'dir.
Yottajoule
Yottajoule (YJ), bir septilyon (10 24 ) joule'ye eşittir . Bu, dünyadaki tüm suyu 1 ° C ısıtmak için gereken enerji miktarıdır . Güneş'in ısıl çıkışı saniyede yaklaşık 400 YJ'dir.

Dönüşümler

1 joule eşittir (aksi belirtilmedikçe yaklaşık olarak):

Tam olarak joule cinsinden tanımlanan birimler şunları içerir:

  • 1 termokimyasal kalori = 4.184   J
  • 1 Uluslararası Tablo kalori = 4,1868   J
  • 1   W⋅h = 3600   J (veya 3,6   kJ)
  • 1   kW⋅h = 3.6 × 10 6  J (veya 3.6   MJ)
  • 1   W⋅s = 1 J
  • 1 ton TNT =   4.184 GJ

Newton metre ve tork

Olarak mekanik kavramı kuvveti (bazı yönde) kavramı ile yakından analogu olan tork (bir açı ile ilgili):

Doğrusal Açısal
Güç Dönme momenti
kitle Eylemsizlik momenti
Yer değiştirme Açı

Bu benzerlik bir sonucu tork için SI birim olmasıdır Newton-metre üzerinden çalışır, cebirsel olarak aynı olması boyutları joule olarak, ancak kendi arasında değişmeyen. Ölçüler ve Genel Konferansı birimi vermiştir enerji adı jul kurucu türetilen bir bileşik ismi - dolayısıyla Newton-metre (N⋅m) basitçe, ancak herhangi bir özel isim tork birimi vermemiştir parçalar. Newton metrelerin tork için ve enerji için joule kullanılması, yanlış anlaşılmaları ve yanlış iletişimleri önlemek için yararlıdır.

Ayrım, enerjinin skaler bir nicelik olması gerçeğinde de görülebilir - bir kuvvet vektörünün ve bir yer değiştirme vektörünün iç çarpımı . Aksine, tork bir vektördür - bir kuvvet vektörünün ve bir uzaklık vektörünün çapraz çarpımıdır. Tork ve enerji, denklem ile birbirleriyle ilişkilidir.

burada E enerjidir, τ ( vektör büyüklüğü ) torktur ve θ taranan açıdır ( radyan cinsinden ). Düzlem açıları boyutsuz olduğundan, tork ve enerjinin aynı boyutlara sahip olduğu sonucu çıkar.

Watt-saniye

Bir watt saniyelik (sembol W s ya da W-s ) a, türetilmiş birim arasında enerji joule eşdeğer. Watt-saniye, bir saniye boyunca sürdürülen bir watt gücüne eşdeğer enerjidir . Watt-saniye her iki birimde ve anlamda joule'a eşdeğer iken, "watt-saniye" teriminin "joule" yerine kullanıldığı bazı bağlamlar vardır.

Fotoğrafçılık

Fotoğrafta flaşlar için birim watt-saniyedir. Bir flaş watt-saniye (örneğin, 300 W⋅s) veya joule (aynı şey için farklı isimler) olarak derecelendirilebilir, ancak tarihsel olarak "watt-saniye" terimi kullanılmış ve kullanılmaya devam etmektedir.

Bir flaşın verdiği enerji derecesi, ışık çıkışı için güvenilir bir ölçüt değildir çünkü enerji dönüştürme verimliliğini etkileyen çok sayıda faktör vardır. Örneğin, tüpün yapısı verimi etkileyecek ve reflektör ve filtrelerin kullanılması, kullanılabilir ışık çıkışını konuya doğru değiştirecektir. Bazı şirketler ürünlerini "gerçek" watt-saniye cinsinden belirtirken, bazıları ürünlerini "nominal" watt-saniye cinsinden belirtir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar