Τζάουλ
Ο Τζέιμς Πρέσκοτ Τζάουλ διηύθυνε την οικογενειακή ζυθοποιία κοντά στο Μάντσεστερ και έκανε πειράματα στο σπίτι. Το 1845 βύθισε σε ένα δοχείο με νερό έναν αναδευτήρα με πτερύγια. Τον γύριζαν δύο βάρη δεμένα σε κορδόνια. Τα βάρη κατέβαιναν, τα πτερύγια γύριζαν, το νερό ζεσταινόταν.
Η θέρμανση ήταν ελάχιστη, κλάσματα του βαθμού. Ο Τζάουλ τη μετρούσε με θερμόμετρα στα οποία διέκρινε εκατοστά του βαθμού. Από το πείραμα προέκυπτε ότι το έργο και η θερμότητα είναι το ίδιο πράγμα με διαφορετική μορφή. Σήμερα το έργο, η θερμότητα και η ηλεκτρική ενέργεια έχουν μία μονάδα, το τζάουλ. Ένα τζάουλ είναι το έργο μιας δύναμης ενός νιούτον σε διαδρομή ενός μέτρου. Τόσο χρειάζεται για να σηκώσεις ένα μήλο ένα μέτρο.
| Σύμβολο | J |
| Ορισμός | νιουτόμετρο · N·m · kg·m²·s⁻² · βατ-δευτερόλεπτο |
| Τιμές αναφοράς | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Εισήχθη | 1889, Διεθνές Ηλεκτρολογικό Συνέδριο · για τη θερμότητα, CGPM 1948 |
| Πρότυπα | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Τυπικές τιμές | 1 J — ένα μήλο ένα μέτρο ψηλότερα · 400 kJ — να φας ένα μήλο · 4,184 GJ — ένας τόνος TNT |
01 · Ορισμός
Ένα νιούτον σε ένα μέτρο διαδρομής
Το τζάουλ είναι το έργο που παράγει μια δύναμη ενός νιούτον όταν το σημείο εφαρμογής της μετατοπίζεται κατά ένα μέτρο στη διεύθυνση της δύναμης. Σε θεμελιώδεις μονάδες SI είναι χιλιόγραμμο επί μέτρο στο τετράγωνο διά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο.
Με την ίδια μονάδα μετριέται κάθε ενέργεια: κινητική, θερμική, ηλεκτρική, χημική. Ένα βατ επί ένα δευτερόλεπτο είναι κι αυτό ένα τζάουλ. Η ενέργεια περνά από τη μια μορφή στην άλλη, και το άθροισμα μένει το ίδιο. Αυτό ακριβώς έδειξε το πείραμα του Τζάουλ.
Πόσα τζάουλ κοστίζει μια ανύψωση
Ένα αντικείμενο σηκώνεται από το πάτωμα στο ύψος που ορίζει ο ρυθμιστής. Το βιολετί γέμισμα στον χάρακα είναι η διαδρομή. Η διακεκομμένη γραμμή είναι ένα μέτρο. Το έργο ισούται με το βάρος επί το ύψος και γίνεται απόθεμα ενέργειας του αντικειμένου. Αν το αφήσεις, στο χτύπημα με το πάτωμα απελευθερώνονται τα ίδια τζάουλ.
Ένα μέγεθος, τρεις συνήθειες. Οι χημικοί και οι διαιτολόγοι μετρούν σε θερμίδες: μια θερμίδα ζεσταίνει ένα γραμμάριο νερού κατά έναν βαθμό και ισούται με 4,184 J. Οι ενεργειακοί μετρούν σε κιλοβατώρες: μια συσκευή ενός κιλοβάτ καταναλώνει 3,6 MJ σε μία ώρα. Οι φυσικοί γράφουν τζάουλ. Στις συσκευασίες τροφίμων συχνά υπάρχουν και οι δύο αριθμοί, kcal και kJ.
Πόσες φορές να πέσουν τα βάρη για να ζεσταθεί το νερό έναν βαθμό
Δύο βάρη κρέμονται από κορδόνια που περνούν πάνω από τροχαλίες. Τα κορδόνια είναι τυλιγμένα σε ένα τύμπανο που γυρίζει έναν αναδευτήρα μέσα σε χάλκινο δοχείο με νερό. Τα βάρη κατεβαίνουν 1,6 m, τα πτερύγια χτυπούν το νερό και αυτό ζεσταίνεται. Μετά τα βάρη ανεβαίνουν πάλι με τον αναδευτήρα αποσυνδεδεμένο. Δεξιά ένα θερμόμετρο κάτω από μεγεθυντικό φακό, με υποδιαιρέσεις 0,01 K. Από κάτω δύο ράβδοι: η βιολετί είναι το έργο των βαρών, η πορτοκαλί η θερμότητα που πέρασε στο νερό. Το γκρι μέρος είναι οι απώλειες από τριβή στις τροχαλίες και η θερμότητα που χάθηκε στο δωμάτιο. Το κουμπί «Ρίψη» αφήνει τα βάρη μία φορά, το «20 φορές» στη σειρά, όπως ο Τζάουλ.
Αφήστε τα βάρη να πέσουν μερικές φορές και δείτε πόσο ζεσταίνεται το νερό.
02 · Μετατροπή
| Μονάδα | Τιμή | Πού απαντάται |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Η διατροφική «θερμίδα» στη συσκευασία είναι μια χιλιοθερμίδα, 4,184 kJ.
Μια κιλοβατώρα είναι 3,6 εκατομμύρια τζάουλ. Τόσο καταναλώνει ένας βραστήρας για να βράσει ένα λίτρο νερό περίπου δέκα φορές.
Το ηλεκτρονιοβόλτ είναι η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου που διέσχισε διαφορά δυναμικού ενός βολτ. Χρησιμεύει για άτομα και φωτόνια.
03 · Τάξεις μεγέθους
04 · Όργανα μέτρησης
05 · Κανόνες γραφής
06 · Γειτονικές μονάδες
07 · Ιστορικό μέρος
Υπάρχουν πολλές θερμίδες, και όλες διαφέρουν. Η θερμοχημική είναι ακριβώς 4,184 J. Η διεθνής, από τους πίνακες υδρατμών, ακριβώς 4,1868 J. Η θερμίδα δεκαπέντε βαθμών, που ζεσταίνει ένα γραμμάριο νερού από 14,5 σε 15,5 °C, περίπου 4,1855 J. Η διαφορά είναι κάτω από ένα τοις εκατό, αλλά σε έναν ακριβή υπολογισμό φαίνεται.
Γι’ αυτό το 1948 η Γενική Διάσκεψη Μέτρων και Σταθμών αποφάσισε να μετρά τη θερμότητα σε τζάουλ και να αφήσει τη θερμίδα στο παρελθόν. Το τζάουλ ορίζεται μέσω του χιλιογράμμου, του μέτρου και του δευτερολέπτου και δεν εξαρτάται από τις ιδιότητες του νερού. Το πείραμα του ίδιου του Τζάουλ έδωσε 772 ποδολίβρες ανά βρετανική θερμική μονάδα, περίπου 4,15 J ανά θερμίδα. Απέχει λιγότερο από ένα τοις εκατό από τη σημερινή τιμή.
Κατάλογος μεγεθών
όλο το ευρετήριο →Οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI
Μια σταγόνα οξέος αλλάζει το χρώμα του χυμού, το αλάτι χρωματίζει τη φλόγα, το νερό παγώνει με ένα χτύπημα. Από κάτω, όλα τα φύλλα του Simetrium κατά επιστήμη και αλφαβητικά.
Άνοιγμα ευρετηρίου →