جول
كان جيمس بريسكوت جول يدير مصنع الجعة العائلي قرب مانشستر ويجري تجاربه في البيت. في عام 1845 أنزل في إناء فيه ماء خلاطًا ذا ريش. كان يديره ثقلان معلقان بحبلين. ينزل الثقلان، فتدور الريش، ويسخن الماء.
كان التسخين ضئيلًا، أجزاء من الدرجة. قاسه جول بمحارير كان يميّز عليها أجزاء المئة من الدرجة. وتبيّن من التجربة أن الشغل والحرارة شيء واحد في صورتين. واليوم للشغل والحرارة والطاقة الكهربائية وحدة واحدة — الجول. الجول الواحد هو شغل قوة مقدارها نيوتن واحد على مسار طوله متر واحد. وهذا ما يلزم لرفع تفاحة مترًا واحدًا.
| الرمز | J |
| التعريف | نيوتن·متر · N·m · kg·m²·s⁻² · واط·ثانية |
| قيم مرجعية | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| معيار | 1889، المؤتمر الدولي للكهرباء · للحرارة — CGPM 1948 |
| المعايير | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| قيم نموذجية | 1 J — تفاحة مترًا إلى الأعلى · 400 kJ — أكل تفاحة · 4,184 GJ — طن من التي إن تي |
01 · التعريف
نيوتن على متر من المسار
الجول هو الشغل الذي تبذله قوة مقدارها نيوتن واحد حين تنتقل نقطة تأثيرها مترًا واحدًا في اتجاه القوة. وبالوحدات الأساسية في النظام الدولي هو كيلوغرام في متر مربع على ثانية مربعة.
بالوحدة نفسها تُقاس أي طاقة: الحركية والحرارية والكهربائية والكيميائية. والواط خلال ثانية جول أيضًا. تنتقل الطاقة من صورة إلى أخرى، ويبقى مجموعها كما هو. وهذا بالضبط ما أظهرته تجربة جول.
كم جولًا يلزم للرفع
يُرفع الجسم من الأرض إلى الارتفاع الذي يحدده المنزلق. التعبئة البنفسجية على المسطرة هي المسار المقطوع. الخط المتقطع متر واحد. الشغل يساوي الوزن مضروبًا في الارتفاع، ويصبح مخزون طاقة للجسم. فإن أُفلت، انطلقت عند ارتطامه بالأرض الجولات نفسها.
كمية واحدة بثلاث عادات. الكيميائيون وأخصائيو التغذية يحسبون بالسعرات: السعرة تسخّن غرامًا من الماء درجة واحدة وتساوي 4,184 J. وأهل الطاقة يحسبون بالكيلوواط ساعة: جهاز قدرته كيلوواط يستهلك في ساعة 3,6 MJ. والفيزيائيون يكتبون الجول. وعلى عبوة الطعام يظهر الرقمان غالبًا، kcal وkJ.
كم مرة يجب إسقاط الثقل لتسخين الماء درجة واحدة
ثقلان معلقان بحبلين يمرّان فوق بكرتين. الحبلان ملفوفان على أسطوانة تدير خلاطًا في إناء نحاسي فيه ماء. ينزل الثقلان 1,6 m، فتخفق الريش الماء، فيسخن. ثم يُرفع الثقلان من جديد ويُفصل الخلاط. على اليمين محرار تحت العدسة: تدريجاته 0,01 K. وتحته عمودان: البنفسجي — شغل الأثقال، والبرتقالي — الحرارة التي وصلت إلى الماء. الجزء الرمادي — ضياع الاحتكاك في البكرات والحرارة التي ذهبت إلى الغرفة. زر «أسقِط» يطلق الأثقال مرة واحدة، و«20 مرة» — متتالية، كما فعل جول.
أسقِط الأثقال بضع مرات وانظر كم يسخن الماء.
02 · التحويل
| الوحدة | القيمة | أين تَرِد |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«السعرة» الغذائية على العبوة هي كيلوسعرة، 4,184 kJ.
الكيلوواط ساعة — 3,6 مليون جول. هذا ما تستهلكه الغلاية في نحو عشر مرات من غلي لتر ماء.
الإلكترون فولت طاقة إلكترون اجتاز فرق جهد مقداره فولت واحد. يُستعمل للذرات والفوتونات.
03 · مراتب العِظَم
04 · أدوات القياس
05 · قواعد الكتابة
06 · الوحدات المجاورة
07 · القسم التاريخي
السعرات عدة أنواع، وكلها مختلفة. الحرارية الكيميائية تساوي 4,184 J بالضبط. والدولية، من جداول بخار الماء، تساوي 4,1868 J بالضبط. وسعرة الخمس عشرة درجة، التي تسخّن غرامًا من الماء من 14,5 إلى 15,5 °C، نحو 4,1855 J. الفرق أقل من واحد في المئة، لكنه يظهر في الحساب الدقيق.
لذلك قرر المؤتمر العام للأوزان والمقاييس عام 1948 قياس الحرارة بالجول، وترك السعرة للماضي. يُعرَّف الجول بالكيلوغرام والمتر والثانية، ولا يتوقف على خواص الماء. وأعطت تجربة جول نفسه 772 قدمًا·رطلًا لكل وحدة حرارية بريطانية، أي نحو 4,15 J لكل سعرة. وهذا لا يبعد عن القيمة الحالية بأكثر من واحد في المئة.
فهرس الكميات
الفهرس كله ←الوحدات الأساسية السبع في النظام الدولي
قطرة حمض تغيّر لون العصير، والملح يلوّن اللهب، والماء يتجمد بنقرة. وتحتها كل صفحات Simetrium بحسب المجال وبالترتيب الأبجدي.
افتح الفهرس ←