Joule
James Prescott Joule vedl rodinný pivovar u Manchesteru a pokusy dělal doma. Roku 1845 ponořil do nádoby s vodou lopatkové míchadlo. Otáčela jím dvě závaží na šňůrách. Závaží klesala, lopatky se točily, voda se ohřívala.
Ohřátí bylo nepatrné, zlomky stupně. Joule je měřil teploměry, na nichž rozeznal setiny stupně. Z pokusu vyplynulo, že práce a teplo jsou totéž v různých podobách. Dnes mají práce, teplo i elektrická energie jednu jednotku, joule. Jeden joule je práce síly jednoho newtonu na dráze jednoho metru. Tolik je potřeba ke zvednutí jablka o metr.
| Označení | J |
| Definice | newtonmetr · N·m · kg·m²·s⁻² · wattsekunda |
| Referenční hodnoty | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Zavedena | 1889, Mezinárodní elektrotechnický kongres · pro teplo CGPM 1948 |
| Normy | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Typické hodnoty | 1 J — jablko o metr výš · 400 kJ — sníst jablko · 4,184 GJ — tuna TNT |
01 · Definice
Newton na metru dráhy
Joule je práce, kterou vykoná síla jednoho newtonu, když se její působiště posune o metr ve směru síly. V základních jednotkách SI je to kilogram krát metr na druhou lomeno sekunda na druhou.
Stejnou jednotkou se měří jakákoli energie: kinetická, tepelná, elektrická, chemická. Watt po dobu sekundy je také joule. Energie přechází z jedné podoby do druhé a součet zůstává stejný. Přesně to ukázal Joulův pokus.
Kolik joulů stojí zvednutí
Předmět se zvedá z podlahy do výšky nastavené posuvníkem. Fialová výplň na pravítku je uražená dráha. Čárkovaná čára je jeden metr. Práce se rovná tíze krát výška a stává se zásobou energie předmětu. Když ho pustíte, při dopadu na podlahu se uvolní stejné jouly.
Je to jedna veličina ve třech zvycích. Chemici a dietologové počítají v kaloriích: kalorie ohřeje gram vody o stupeň a rovná se 4,184 J. Energetici počítají v kilowatthodinách: spotřebič o výkonu kilowattu spotřebuje za hodinu 3,6 MJ. Fyzici píšou jouly. Na obalech potravin často stojí obě čísla, kcal i kJ.
Kolikrát pustit závaží, aby se voda ohřála o stupeň
Dvě závaží visí na šňůrách přehozených přes kladky. Šňůry jsou navinuté na buben, který otáčí míchadlem v měděné nádobě s vodou. Závaží klesnou o 1,6 m, lopatky šlehají vodu a ta se ohřívá. Pak se závaží vytáhnou zpět s odpojeným míchadlem. Vpravo teploměr pod lupou s dělením po 0,01 K. Pod ním dva sloupce: fialový je práce závaží, oranžový teplo, které přešlo do vody. Šedá část jsou ztráty třením v kladkách a teplo, které uniklo do místnosti. Tlačítko „Pustit“ uvolní závaží jednou, „20krát“ za sebou, jako u Joula.
Pusťte závaží několikrát a podívejte se, o kolik se voda ohřeje.
02 · Převod
| Jednotka | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Potravinová „kalorie“ na obalu je kilokalorie, 4,184 kJ.
Kilowatthodina jsou 3,6 milionu joulů. Tolik spotřebuje rychlovarná konvice zhruba na deset převaření litru vody.
Elektronvolt je energie elektronu, který prošel rozdílem potenciálů jednoho voltu. Hodí se pro atomy a fotony.
03 · Řády veličin
04 · Měřicí přístroje
05 · Pravidla zápisu
06 · Sousední jednotky
07 · Historický oddíl
Kalorií je několik a všechny jsou různé. Termochemická je přesně 4,184 J. Mezinárodní, z tabulek vodní páry, přesně 4,1868 J. Patnáctistupňová, která ohřeje gram vody ze 14,5 na 15,5 °C, asi 4,1855 J. Rozdíl je menší než procento, ale v přesném výpočtu je vidět.
Proto Generální konference pro míry a váhy roku 1948 rozhodla měřit teplo v joulech a kalorii nechat minulosti. Joule je definován kilogramem, metrem a sekundou a nezávisí na vlastnostech vody. Pokus samotného Joula dal 772 stopolibry na britskou tepelnou jednotku, asi 4,15 J na kalorii. To je méně než procento od dnešní hodnoty.
Katalog veličin
celý rejstřík →Sedm základních jednotek SI
Kapka kyseliny změní barvu šťávy, sůl obarví plamen, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všechny listy Simetria podle oborů a abecedně.
Otevřít rejstřík →