Joule (J) este unitatea de măsură pentru energie utilizată în Sistemul Internațional de Unități (SI) și cea acceptată în cercurile științifice. Unitatea este utilizată în toate ecuațiile și calculele care implică energie. Urmând convențiile SI, joulii sunt abreviați cu un J majuscul, deoarece termenul este derivat dintr-un nume propriu, deși dacă este scris, nu este scris cu majuscule. Un J este definit ca cantitatea de energie consumată de o forță de 1 newton care mișcă un obiect cu 1 metru în aceeași direcție cu forța. Un newton este forța necesară pentru a accelera o masă de 1 kilogram (2.2 lire sterline) cu o rată de 1 metru (3.3 picioare) pe secundă pe secundă; prin urmare, accelerația este de așa natură încât viteza masei crește cu 1 metru pe secundă cu fiecare secundă care trece.
Definiție
Definiția de mai sus a unui joule poate părea complicată, dar avantajul unităților SI este că permit cuantificarea tuturor lucrurilor pe care oamenii de știință ar dori să le măsoare în termeni de un număr mic de unități de bază. De asemenea, înseamnă că, rămânând cu aceste unități, toți oamenii de știință vorbesc aceeași limbă. Se spune că joule este o unitate derivată, deoarece este obținut din unitățile de bază kilograme, metri și secunde.
Poate fi privit ca un newton-metru – o forță de 1 newton exercitată pe o distanță de 1 metru (3.3 picioare). Deoarece newtonul este în sine o unitate derivată, un joule poate fi defalcat în metri pătrați ori kilograme ori metri pe secundă pe secundă:
J = m2kgs-2
Deși un joule este de 1 newton-metru, energia nu se referă în mod normal folosind această din urmă unitate, pentru a evita confuzia cu unitatea de măsură a cuplului sau momentul forței, care are de-a face cu mișcarea de rotație.
Forță, Muncă, Energie și Putere
Există adesea o confuzie între acești termeni și unitățile folosite pentru a le măsura. O forță este o influență care provoacă o modificare a mișcării unui obiect; cu alte cuvinte, accelerație. Munca este exercitarea forței pentru a produce mișcare, în timp ce energia este potențialul de a face muncă și este cheltuită atunci când munca este terminată. De exemplu, împingerea unui obiect într-o anumită direcție implică aplicarea unei forțe, care funcționează, iar energia trebuie consumată. Munca și energia pot fi măsurate în jouli.
Puterea este rata la care se consumă energia și se măsoară în wați. Utilizarea a 1 J de energie pentru o secundă folosește 1 watt de putere, deci 1 watt este 1 joule pe secundă. Un bec de 100 de wați folosește 100 J de energie pe secundă. Consumul de energie electrică în gospodărie este măsurat în kilowați-oră: un kilowatt este 1,000 de wați și 1 kilowat-oră este 3,600,000 J.
Exemple
Pentru a vă face o idee despre cât de multă energie este de fapt un joule, este de ajutor să privim câteva exemple de zi cu zi. Un joule este cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura a 1 gram de aer rece și uscat cu 1.8 ° F (1.0 ° C). O persoană medie care stă liniștită produce 100 J de căldură în fiecare secundă. Cantitatea de energie necesară pentru a ridica un măr mic la 1 metru (3.3 picioare) împotriva gravitației Pământului este aproximativ echivalentă cu 1 J.
Istorie
Unitatea poartă numele fizicianului englez James Prescott Joule, ale cărui lucrări au condus la teoria conservării energiei și la prima lege a termodinamicii, în secolul al XIX-lea. Prin experimentele sale, el a putut determina că energia se schimbă de la o formă la alta atunci când se lucrează, dar nu poate fi creată din nimic sau distrusă. De exemplu, atunci când electricitatea este folosită pentru a porni un motor, o parte din energia electrică este transformată în mișcare, iar restul este transformată în căldură. El a fost capabil să arate că mișcarea plus căldura erau echivalente cu cantitatea inițială de energie electrică.