Joule
Afledt SI-enhed · størrelse: energi, arbejde, varmemængde
01 · Definition
Arbejdet af en kraft på én newton over en vej på én meter. Omtrent så meget skal der til for at løfte et æble fra bordet op i skulderhøjde.
Én definition betjener tre størrelser på én gang: arbejde, energi og varmemængde. Sådan blev det ikke af skødesløshed, men af sagens natur — alle tre går over i hinanden uden tab og uden rest. Indtil midten af attenhundredtallet blev varme regnet for et særligt stof og målt i kalorier, arbejdet i kilogrammeter, og sammenhængen mellem skalaerne måtte fastlægges ved forsøg. Joule viste, at denne sammenhæng er konstant, og efter ham blev de adskilte enheder overflødige: tilbage blev én joule til alle former for energi, fra en løftet vægt til opvarmet vand og en ladet kondensator.
Arbejde opstår, når kraften virker langs flytningen; moment, når kraften angriber på tværs af armen og ikke flytter noget. Dimensionen er i begge tilfælde kilogram gange kvadratmeter per sekund i anden, men enhederne må ikke ombyttes: tilspændingsmomentet for en bolt skrives i newtonmeter og arbejdet i joule, og standarden fastholder den forskel. En nøgle, der har spændt en bolt til fyrre newtonmeter, har næsten intet arbejde udført — bolten drejede en kvart omgang.
02 · Omregning
Joule, kalorier, kilowatttimer
Faktorerne er eksakte per definition, men kalorien kræver forsigtighed: der findes flere, og de afviger i tredje ciffer. I tabellen bruges den internationale — fire komma et otte seks otte.
Kostkalorien er i virkeligheden en kilokalorie, tusind små kalorier, og i den europæiske mærkning står værdien i kilojoule altid ved siden af. Halvandet tusind kilokalorier dagsration er seks komma tre megajoule. Den internationale kalorie er fastlagt som nøjagtig fire komma et otte seks otte joule, den termokemiske som fire komma et otte fire, og i beregninger forveksles de to undertiden.
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| J | joule, SI-enhed | 1 | fysik og teknik |
| kJ | kilojoule | 0,001 | næringsdeklaration |
| MJ | megajoule | 1·10⁻⁶ | varmeteknik |
| GJ | gigajoule | 1·10⁻⁹ | varmeregninger |
| W·h | watttime | 2,778·10⁻⁴ | batterier |
| kW·h | kilowatttime | 2,778·10⁻⁷ | elmåleren |
| cal | international kalorie | 0,2388 | varmeteknik, ældre beregninger |
| kcal | kilokalorie, kostkalorien | 2,388·10⁻⁴ | varedeklarationer |
| Gcal | gigakalorie | 2,388·10⁻¹⁰ | varmeregninger i Rusland |
| erg | erg, CGS-systemet | 1·10⁷ | fysik før SI |
| BTU | britisk varmeenhed | 9,478·10⁻⁴ | engelsksproget varmeteknik |
| kp·m | kilopondmeter | 0,102 | ældre mekaniske beregninger |
Joule, wattsekund og newtonmeter er ét og det samme. Kilowatttimen passer bedre til elregningen, fordi husholdningsapparaters effekt måles i watt og tiden i timer
03 · Størrelsesordener
fra elektronvolt til jordskælvÉn joule — et æble løftet en meter
04 · Måleinstrumenter
Hvad man måler energi med
Enhver energi er lettest at omdanne til varme og måle på opvarmningen af en kendt vandmasse. Præcis sådan fungerede Joules første forsøg, og præcis sådan afprøves varmelegemer og brændstoffer i dag — kun termometrene og isoleringen er skiftet.
Den ganger strøm og spænding og lægger resultatet sammen over tid. Induktionsskiven talte omdrejninger, det elektroniske apparat tæller stikprøver, men størrelsen er den samme — joule, blot vist i kilowatttimer, hvoraf der går tre en halv million på hver.
En sværtet plade optager stråling og varmes med tusindedele af en grad; termometeret i den giver energien. Sådan måles en lasers effekt, solstrømmen på en vejrstation og den svageste baggrundsstråling i kryogene opstillinger.
Kuglen sætter sig fast i et ophængt lod, og af den højde loddet stiger, beregnes dens bevægelsesenergi. Metoden er ældre end enheden selv og tjener stadig som referencekontrol i ballistiske laboratorier.
05 · Skriveregler
Stort J uden punktum
Betegnelsen er dannet af et efternavn og er derfor stort, mens navnet i teksten skrives med lille: joule, men J. Den russiske betegnelse er Дж, af tre bogstaver, og der følger intet punktum efter den. Præfikser sættes sammen uden mellemrum: kJ, MJ, GJ.
At angive moment i joule er en udbredt og skadelig fejl: størrelserne er forskellige, selv om dimensionen falder sammen. Kalorien og kilowatttimen bevares inden for enkelte områder efter beslutning fra Det Internationale Bureau for Mål og Vægt, men i videnskabelig skrift foretrækkes joule. Næringsdeklarationen i Den Europæiske Union skal anføre kilojoule først og kilokalorierne ved siden af, i parentes eller på en anden linje.
06 · Naboenheder
Joule står midt i en kæde: newton ganget med vejen giver den, og den selv, sat i forhold til tiden, giver watt.
I Simetriums nabodatablade: newton og watt på begge sider af kæden, kalorie og kilowatttime som enheder uden for SI for samme størrelse, elektronvolt til partikelfysikken, og erg fra CGS-systemet.
07 · Historisk afsnit
Hvordan varmen holdt op med at være et stof
Herskende var læren om et vægtløst stof, der flød fra varmt til koldt. Den forklarede opvarmning og afkøling ganske godt, men kunne ikke svare på, hvor varmen ved gnidning kom fra — og af den blev der frigivet så meget man ville.
Benjamin Thompson så i München på udboringen af kanonløb og bemærkede: varmen frigives, så længe boret drejer, uden nogen grænse. Et stof ville være sluppet op; arbejdet ikke.
En brygger fra Salford hængte lodder på en skovlrører i et vandkar og målte opvarmningen med hundrededeles nøjagtighed. Arbejdet af det synkende lod gav en strengt bestemt varmemængde — omregningsfaktoren mellem to verdener.
Navnet blev foreslået af Siemens ved British Associations møde i 1882, og Den Internationale Elektrikerkongres stadfæstede det i 1889, endnu mens forskeren levede. Generalkonferencen for Mål og Vægt gjorde joule til enhed for energi, arbejde og varme på én gang, og kalorien blev tilbage i køkkenet og i gamle lærebøger.
Enheden, hvor tre skalaer mødtes
Joules forsøg var mindre en opdagelse end en måling: han fandt omregningsfaktoren mellem arbejde og varme og førte den til tredje ciffer på apparater, hvor opvarmningen udgjorde brøkdele af en grad. Nøjagtigheden kom af isolering og tålmodighed — rækken blev gentaget i årevis. Efter at energibevarelsen var anerkendt, blev kalorien defineret ikke længere gennem vand, men gennem joule, og dens værdi i dag — fire komma et otte seks otte — er fastsat, ikke målt. Siden totusinde og nitten er joule desuden en efter konstruktionen eksakt størrelse: Plancks konstant er fastlagt som et tal udtrykt i joulesekunder, og gennem den er kilogrammet defineret. Energienheden er holdt op med at afhænge af noget stof overhovedet, heller ikke af det vand, hvis opvarmning det hele engang begyndte med.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og de enheder uden for systemet, som hverken teknikken eller hverdagen klarer sig uden. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 16 sprog.
Afledte SI-enheder med eget navn
databladet for joule er åbnetSI-grundenheder
i terrakotta — kilogram, meter og sekund, som joule er sat sammen afEnheder uden for SI
i terrakotta — energienheder fra andre systemerDatabladets sprog
16 sprog. Betegnelsen J er international, men vanen er forskellig: den europæiske etiket sætter kilojoule først, den amerikanske giver kun kalorier.