Julio
James Prescott Joule dirigía la cervecería familiar cerca de Mánchester y hacía experimentos en casa. En 1845 sumergió en un recipiente con agua un agitador de paletas. Lo hacían girar dos pesas colgadas de cordones. Las pesas bajaban, las paletas giraban y el agua se calentaba.
El calentamiento era diminuto, fracciones de grado. Joule lo medía con termómetros en los que distinguía centésimas de grado. Del experimento se deducía que el trabajo y el calor son lo mismo en formas distintas. Hoy el trabajo, el calor y la energía eléctrica tienen una sola unidad, el julio. Un julio es el trabajo de una fuerza de un newton a lo largo de un metro. Es lo que hace falta para levantar una manzana un metro.
| Notación | J |
| Definición | newton metro · N·m · kg·m²·s⁻² · vatio segundo |
| Valores de referencia | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Introducida | 1889, Congreso Internacional de Electricidad · para el calor, CGPM 1948 |
| Normas | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 1 J — una manzana un metro hacia arriba · 400 kJ — comerse una manzana · 4,184 GJ — una tonelada de TNT |
01 · Definición
Un newton a lo largo de un metro
El julio es el trabajo que realiza una fuerza de un newton cuando su punto de aplicación se desplaza un metro en la dirección de la fuerza. En unidades básicas del SI es un kilogramo por metro cuadrado por segundo al cuadrado.
Con la misma unidad se mide cualquier energía: cinética, térmica, eléctrica, química. Un vatio durante un segundo también es un julio. La energía pasa de una forma a otra y la suma no cambia. Eso es exactamente lo que demostró el experimento de Joule.
Cuántos julios cuesta levantar algo
Se levanta un objeto del suelo hasta la altura que marca el control deslizante. El relleno violeta de la regla es el recorrido. La línea discontinua es un metro. El trabajo es el peso por la altura y se convierte en la energía almacenada del objeto. Si se suelta, al chocar con el suelo se liberan los mismos julios.
Es una sola magnitud con tres costumbres. Químicos y dietistas cuentan en calorías: una caloría calienta un gramo de agua un grado y equivale a 4,184 J. Los ingenieros eléctricos cuentan en kilovatios hora: un aparato de un kilovatio gasta 3,6 MJ en una hora. Los físicos escriben julios. En los envases de alimentos suelen aparecer las dos cifras, kcal y kJ.
Cuántas veces hay que dejar caer las pesas para calentar el agua un grado
Dos pesas cuelgan de cordones que pasan por poleas. Los cordones están enrollados en un tambor que hace girar un agitador dentro de un recipiente de cobre con agua. Las pesas bajan 1,6 m, las paletas baten el agua y esta se calienta. Luego se suben las pesas con el agitador desacoplado. A la derecha, un termómetro bajo una lupa con divisiones de 0,01 K. Debajo, dos barras: la violeta es el trabajo de las pesas y la naranja, el calor que entró en el agua. La parte gris son las pérdidas por rozamiento en las poleas y el calor que se fue a la habitación. El botón «Soltar» deja caer las pesas una vez, y «20 veces», seguidas, como hacía Joule.
Deje caer las pesas varias veces y vea cuánto se calienta el agua.
02 · Conversión
| Unidad | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
La «caloría» de los envases de alimentos es una kilocaloría, 4,184 kJ.
Un kilovatio hora son 3,6 millones de julios. Es lo que gasta un hervidor en hervir un litro de agua unas diez veces.
El electronvoltio es la energía de un electrón que ha atravesado una diferencia de potencial de un voltio. Se usa para átomos y fotones.
03 · Órdenes de magnitud
04 · Instrumentos de medida
05 · Reglas de escritura
06 · Unidades vecinas
07 · Sección histórica
Hay varias calorías, y todas distintas. La termoquímica vale exactamente 4,184 J. La internacional, de las tablas de vapor de agua, exactamente 4,1868 J. La de quince grados, que calienta un gramo de agua de 14,5 a 15,5 °C, unos 4,1855 J. La diferencia es menor del uno por ciento, pero en un cálculo preciso se nota.
Por eso, en 1948, la Conferencia General de Pesas y Medidas decidió medir el calor en julios y dejar la caloría en el pasado. El julio se define mediante el kilogramo, el metro y el segundo y no depende de las propiedades del agua. El propio experimento de Joule dio 772 pies-libra por unidad térmica británica, unos 4,15 J por caloría. Es menos de un uno por ciento del valor actual.
Catálogo de magnitudes
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Una gota de ácido cambia el color del jugo, la sal tiñe la llama, el agua se congela con un golpe. Debajo, todas las fichas de Simetrium, por disciplina y por orden alfabético.
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