Julio
Unidad derivada del SI · magnitud: energía, trabajo, cantidad de calor
01 · Definición
El trabajo de una fuerza de un newton a lo largo de un metro. Aproximadamente lo que cuesta levantar una manzana de la mesa a la altura del hombro.
Una sola definición sirve a tres magnitudes a la vez: el trabajo, la energía y la cantidad de calor. No salió así por descuido, sino por el fondo del asunto: las tres se convierten unas en otras sin pérdida ni resto. Hasta mediados del siglo diecinueve el calor se tenía por una sustancia particular y se medía en calorías, el trabajo en kilográmetros, y el vínculo entre ambas escalas había que establecerlo por experimento. Joule mostró que ese vínculo es constante, y tras él las unidades separadas se volvieron innecesarias: quedó un julio para todas las formas de energía, desde un peso levantado hasta el agua caliente y el condensador cargado.
El trabajo aparece cuando la fuerza actúa a lo largo del desplazamiento; el par, cuando la fuerza se aplica transversalmente al brazo y no desplaza nada. La dimensión en ambos casos es kilogramo por metro cuadrado por segundo al cuadrado, pero no se pueden sustituir las unidades: el par de apriete de un perno se escribe en newton metros y el trabajo en julios, y la norma fija esa distinción. Una llave que ha apretado un perno a cuarenta newton metros casi no ha realizado trabajo: el perno giró un cuarto de vuelta.
02 · Conversión
Julios, calorías, kilovatios hora
Los factores son exactos por definición, pero con la caloría hace falta cautela: hay varias y difieren en la tercera cifra. En la tabla se usa la internacional: cuatro coma uno ocho seis ocho.
La caloría alimentaria es en realidad una kilocaloría, mil calorías pequeñas, y el etiquetado europeo pone siempre a su lado el valor en kilojulios. Mil quinientas kilocalorías de ración diaria son seis coma tres megajulios. La caloría internacional está definida como exactamente cuatro coma uno ocho seis ocho julios, y la termoquímica como cuatro coma uno ocho cuatro; en los cálculos a veces se confunden.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| J | julio, unidad del SI | 1 | física e ingeniería |
| kJ | kilojulio | 0,001 | etiquetado alimentario |
| MJ | megajulio | 1·10⁻⁶ | termotecnia |
| GJ | gigajulio | 1·10⁻⁹ | facturas de calefacción |
| W·h | vatio hora | 2,778·10⁻⁴ | baterías |
| kW·h | kilovatio hora | 2,778·10⁻⁷ | el contador eléctrico |
| cal | caloría internacional | 0,2388 | termotecnia, cálculos antiguos |
| kcal | kilocaloría, la caloría alimentaria | 2,388·10⁻⁴ | etiquetas de alimentos |
| Gcal | gigacaloría | 2,388·10⁻¹⁰ | facturas de calor en Rusia |
| erg | ergio, sistema CGS | 1·10⁷ | física antes del SI |
| BTU | unidad térmica británica | 9,478·10⁻⁴ | termotecnia anglófona |
| kgf·m | kilográmetro | 0,102 | cálculos mecánicos antiguos |
El julio, el vatio segundo y el newton metro son lo mismo. El kilovatio hora conviene mejor a la factura eléctrica, porque la potencia de los aparatos se mide en vatios y el tiempo en horas
03 · Órdenes de magnitud
del electronvoltio al terremotoUn julio — una manzana levantada un metro
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la energía
Lo más sencillo es convertir cualquier energía en calor y medirla por el calentamiento de una masa de agua conocida. Así funcionaba exactamente el primer experimento de Joule, y así se contrastan hoy calentadores y combustibles: sólo cambian los termómetros y el aislamiento.
Multiplica la corriente por la tensión y acumula el resultado en el tiempo. El disco de inducción contaba vueltas, el aparato electrónico cuenta muestras, pero la magnitud es la misma: julios, sólo que mostrados en kilovatios hora, de los que caben tres millones y medio en cada uno.
Una placa ennegrecida absorbe la radiación y se calienta unas milésimas de grado; el termómetro que lleva dentro da la energía. Así se mide la potencia de un láser, el flujo solar en una estación meteorológica y la débil radiación de fondo en montajes criogénicos.
La bala queda incrustada en una masa suspendida, y por la altura a la que esa masa se eleva se calcula su energía cinética. El método es más antiguo que la propia unidad y aún sirve de comprobación de referencia en los laboratorios de balística.
05 · Reglas de escritura
J mayúscula, sin punto
El símbolo procede de un apellido y por eso es mayúscula, mientras que el nombre en el texto se escribe con minúscula: julio, pero J. El símbolo ruso es Дж, de tres letras, y no lleva punto detrás. Los prefijos se unen sin espacio: kJ, MJ, GJ.
Dar el par en julios es un error extendido y dañino: las magnitudes difieren aunque la dimensión coincida. La caloría y el kilovatio hora se conservan en ciertos campos por decisión de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, pero la escritura científica prefiere el julio. El etiquetado alimentario en la Unión Europea debe indicar primero los kilojulios y las kilocalorías al lado, entre paréntesis o en una segunda línea.
06 · Unidades vecinas
El julio está en medio de una cadena: el newton multiplicado por el recorrido lo da, y él mismo, referido al tiempo, da el vatio.
En las fichas vecinas de Simetrium: newton y vatio a ambos lados de la cadena, caloría y kilovatio hora como unidades ajenas al SI de la misma magnitud, electronvoltio para la física de partículas, y erg del sistema CGS.
07 · Sección histórica
Cómo el calor dejó de ser una sustancia
Reinaba la teoría de una sustancia imponderable que fluía de lo caliente a lo frío. Explicaba bastante bien el calentamiento y el enfriamiento, pero no podía decir de dónde salía el calor del rozamiento, y de ése se desprendía cuanto se quisiera.
Benjamin Thompson observaba en Múnich el barrenado de tubos de cañón y advirtió: el calor se desprende mientras gira la broca, sin límite alguno. Una sustancia se habría agotado; el trabajo, no.
Un cervecero de Salford colgó pesas de un agitador de paletas en un depósito de agua y midió el calentamiento con precisión de centésimas de grado. El trabajo del peso que descendía daba una cantidad de calor estrictamente determinada: el factor de conversión entre dos mundos.
El nombre lo propuso Siemens en la reunión de la Asociación Británica de 1882, y el Congreso Internacional de Electricistas lo consagró en 1889, aún en vida del científico. La Conferencia General de Pesas y Medidas hizo del julio la unidad de la energía, el trabajo y el calor a la vez, y la caloría quedó para la cocina y los manuales antiguos.
La unidad donde se juntaron tres escalas
El experimento de Joule fue menos un descubrimiento que una medición: obtuvo el factor de conversión entre trabajo y calor y lo llevó a la tercera cifra con aparatos en los que el calentamiento era de fracciones de grado. La precisión se logró con aislamiento y paciencia: la serie se repitió durante años. Tras aceptarse la conservación de la energía, la caloría se definió ya no por el agua sino por el julio, y su valor de hoy —cuatro coma uno ocho seis ocho— está asignado, no medido. Desde dos mil diecinueve el julio es además una magnitud exacta por construcción: la constante de Planck está fijada como un número expresado en julios por segundo, y a través de ella se define el kilogramo. La unidad de energía dejó de depender de sustancia alguna, incluida el agua con cuyo calentamiento todo empezó un día.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 16 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del julio abiertaUnidades básicas del SI
en terracota: el kilogramo, el metro y el segundo, con los que se compone el julioUnidades ajenas al SI
en terracota: unidades de energía de otros sistemasIdioma de la ficha
16 idiomas. El símbolo J es internacional, pero la costumbre difiere: la etiqueta europea pone primero los kilojulios, la estadounidense sólo da calorías.