Joule
James Prescott Joule drev familiens bryggeri ved Manchester og lavede forsøg hjemme. I 1845 sænkede han en skovlomrører ned i et kar med vand. To lodder i snore drejede den. Lodderne sank, skovlene drejede, vandet blev varmere.
Opvarmningen var lillebitte, brøkdele af en grad. Joule målte den med termometre, hvor han kunne aflæse hundrededele af en grad. Forsøget viste, at arbejde og varme er det samme i forskellige former. I dag har arbejde, varme og elektrisk energi én enhed, joule. Én joule er arbejdet fra en kraft på én newton over en strækning på én meter. Så meget skal der til for at løfte et æble én meter.
| Betegnelse | J |
| Definition | newtonmeter · N·m · kg·m²·s⁻² · wattsekund |
| Referenceværdier | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Indført | 1889, Den Internationale Elektriske Kongres · for varme CGPM 1948 |
| Standarder | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiske værdier | 1 J — et æble en meter op · 400 kJ — at spise et æble · 4,184 GJ — et ton TNT |
01 · Definition
En newton over en meters vej
Joule er det arbejde, en kraft på én newton udfører, når dens angrebspunkt flytter sig én meter i kraftens retning. I SI-grundenheder er det kilogram gange meter i anden pr. sekund i anden.
Med samme enhed måler man al energi: kinetisk, termisk, elektrisk, kemisk. En watt i et sekund er også en joule. Energien går fra én form til en anden, og summen forbliver den samme. Det var netop det, Joules forsøg viste.
Hvor mange joule et løft koster
En genstand løftes fra gulvet til den højde, skyderen angiver. Den lilla fyldning på linealen er den tilbagelagte vej. Den stiplede linje er én meter. Arbejdet er vægten gange højden og bliver genstandens energiforråd. Slipper man den, frigøres de samme joule, når den rammer gulvet.
Én størrelse, tre vaner. Kemikere og diætister regner i kalorier: en kalorie varmer et gram vand én grad og er lig med 4,184 J. Energiteknikere regner i kilowatttimer: et apparat på én kilowatt bruger 3,6 MJ på en time. Fysikere skriver joule. På fødevareemballage står der ofte begge tal, kcal og kJ.
Hvor mange gange lodderne skal falde for at varme vandet én grad
To lodder hænger i snore over trisser. Snorene er viklet på en tromle, der drejer en omrører i et kobberkar med vand. Lodderne synker 1,6 m, skovlene pisker vandet, og det varmes op. Derefter trækkes lodderne op igen med omrøreren koblet fra. Til højre et termometer under lup med inddeling 0,01 K. Under det to søjler: lilla er loddernes arbejde, orange den varme, der gik til vandet. Den grå del er tabet til friktion i trisserne og den varme, der gik til rummet. Knappen »Slip« slipper lodderne én gang, »20 gange« i træk, som hos Joule.
Slip lodderne et par gange, og se, hvor meget vandet bliver varmere.
02 · Omregning
| Enhed | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Fødevare-»kalorien« på emballagen er en kilokalorie, 4,184 kJ.
En kilowatttime er 3,6 millioner joule. Så meget bruger en elkedel på at koge en liter vand cirka ti gange.
En elektronvolt er energien af en elektron, der har passeret en potentialforskel på én volt. Den bruges til atomer og fotoner.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheder
07 · Historisk afsnit
Der findes flere kalorier, og de er alle forskellige. Den termokemiske er præcis 4,184 J. Den internationale, fra damptabellerne, præcis 4,1868 J. Femtengraderskalorien, som varmer et gram vand fra 14,5 til 15,5 °C, cirka 4,1855 J. Forskellen er under en procent, men i en nøjagtig beregning kan man se den.
Derfor besluttede Generalkonferencen for Mål og Vægt i 1948 at måle varme i joule og lade kalorien høre fortiden til. Joule er defineret ud fra kilogram, meter og sekund og afhænger ikke af vandets egenskaber. Joules eget forsøg gav 772 fodpund pr. britisk varmeenhed, cirka 4,15 J pr. kalorie. Det er under en procent fra nutidens værdi.
Katalog over størrelser
hele registret →SI-systemets syv grundenheder
En dråbe syre ændrer saftens farve, salt farver flammen, vand fryser ved et bank. Under dem alle Simetriums ark, efter fagområde og alfabetisk.
Åbn registret →