ژول
جیمز پرسکات ژول کارخانهٔ آبجوسازی خانوادگی را نزدیک منچستر اداره می‌کرد و در خانه آزمایش می‌کرد. در سال 1845 همزنی پره‌دار را در ظرفی پر از آب فرو برد. دو وزنهٔ آویخته به ریسمان آن را می‌چرخاندند. وزنه‌ها پایین می‌رفتند، پره‌ها می‌چرخیدند و آب گرم می‌شد.
گرم شدن بسیار ناچیز بود، کسری از درجه. ژول آن را با دماسنج‌هایی می‌سنجید که روی آن‌ها صدم درجه را تشخیص می‌داد. از آزمایش برمی‌آمد که کار و گرما یک چیزند در دو صورت. امروز کار، گرما و انرژی الکتریکی یک یکا دارند — ژول. یک ژول کار نیرویی به اندازهٔ یک نیوتون در مسیری به طول یک متر است. برای بالا بردن یک سیب به اندازهٔ یک متر همین‌قدر لازم است.
| نشانه | J |
| تعریف | نیوتون‌متر · N·m · kg·m²·s⁻² · وات‌ثانیه |
| مقادیر مرجع | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| وارد شد | 1889، کنگرهٔ بین‌المللی برق · برای گرما — CGPM 1948 |
| استانداردها | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| مقدارهای نمونه | 1 J — سیب یک متر بالا · 400 kJ — خوردن یک سیب · 4,184 GJ — یک تن تی‌ان‌تی |
01 · تعریف
نیوتون در یک متر مسیر
ژول کاری است که نیرویی به اندازهٔ یک نیوتون انجام می‌دهد، وقتی نقطهٔ اثرش یک متر در جهت نیرو جابه‌جا شود. در یکاهای اصلی SI این کیلوگرم ضرب در مترمربع بر ثانیهٔ مربع است.
با همین یکا هر انرژی را می‌سنجند: جنبشی، گرمایی، الکتریکی، شیمیایی. یک وات در یک ثانیه هم یک ژول است. انرژی از صورتی به صورت دیگر درمی‌آید، اما مجموعش همان می‌ماند. آزمایش ژول درست همین را نشان داد.
برای بالا بردن چند ژول لازم است
جسم را از کف تا ارتفاعی که لغزنده تعیین می‌کند بالا می‌برند. پرشدگی بنفش روی خط‌کش مسیر پیموده‌شده است. خط‌چین یک متر است. کار برابر وزن ضرب در ارتفاع است و به اندوختهٔ انرژی جسم تبدیل می‌شود. اگر رهایش کنند، هنگام برخورد با زمین همان ژول‌ها آزاد می‌شوند.
یک کمیت با سه عادت. شیمی‌دانان و متخصصان تغذیه با کالری حساب می‌کنند: یک کالری یک گرم آب را یک درجه گرم می‌کند و برابر 4,184 J است. اهل برق با کیلووات‌ساعت حساب می‌کنند: دستگاهی با توان یک کیلووات در یک ساعت 3,6 MJ مصرف می‌کند. فیزیک‌دانان ژول می‌نویسند. روی بستهٔ خوراکی اغلب هر دو عدد هست، kcal و kJ.
چند بار باید وزنه را انداخت تا آب یک درجه گرم شود
دو وزنه از ریسمان‌هایی آویخته‌اند که از روی قرقره‌ها گذشته‌اند. ریسمان‌ها دور استوانه‌ای پیچیده شده‌اند که همزنی را در ظرف مسی پر از آب می‌چرخاند. وزنه‌ها 1,6 m پایین می‌روند، پره‌ها آب را به هم می‌زنند و آب گرم می‌شود. سپس وزنه‌ها را دوباره بالا می‌کشند و همزن را جدا می‌کنند. در سمت راست دماسنج زیر ذره‌بین: درجه‌بندی 0,01 K. زیر آن دو ستون: بنفش — کار وزنه‌ها، نارنجی — گرمایی که به آب رسید. بخش خاکستری — اتلاف اصطکاک در قرقره‌ها و گرمایی که به اتاق رفت. دکمهٔ «بینداز» وزنه‌ها را یک بار رها می‌کند و «20 بار» — پشت سر هم، مانند ژول.
وزنه‌ها را چند بار بیندازید و ببینید آب چقدر گرم می‌شود.
02 · تبدیل
| یکا | مقدار | کجا دیده می‌شود |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«کالری» خوراکی روی بسته در واقع کیلوکالری است، 4,184 kJ.
کیلووات‌ساعت — 3,6 میلیون ژول. کتری برقی تقریباً در ده بار جوشاندن یک لیتر آب همین‌قدر مصرف می‌کند.
الکترون‌ولت انرژی الکترونی است که از اختلاف پتانسیل یک ولت گذشته باشد. برای اتم‌ها و فوتون‌ها به کار می‌رود.
03 · مرتبه‌های بزرگی
04 · ابزارهای اندازه‌گیری
05 · قواعد نگارش
06 · یکاهای همسایه
07 · بخش تاریخی
کالری چند گونه است و همه با هم فرق دارند. گرماشیمیایی درست 4,184 J است. بین‌المللی، از جدول‌های بخار آب، درست 4,1868 J. کالری پانزده‌درجه‌ای که یک گرم آب را از 14,5 تا 15,5 °C گرم می‌کند، حدود 4,1855 J است. اختلاف کمتر از یک درصد است، اما در محاسبهٔ دقیق دیده می‌شود.
از همین رو در سال 1948 همایش عمومی اوزان و مقیاس‌ها تصمیم گرفت گرما را با ژول بسنجد و کالری را به گذشته بسپارد. ژول با کیلوگرم، متر و ثانیه تعریف می‌شود و به ویژگی‌های آب وابسته نیست. آزمایش خود ژول 772 فوت‌پوند به ازای هر یکای گرمایی بریتانیایی به دست داد، یعنی حدود 4,15 J به ازای هر کالری. این کمتر از یک درصد با مقدار امروزی فاصله دارد.
فهرست کمیت‌ها
همهٔ فهرست ←هفت یکای پایهٔ SI
یک قطره اسید رنگ آب‌میوه را تغییر می‌دهد، نمک شعله را رنگی می‌کند، آب با یک ضربه یخ می‌زند. زیر آن‌ها همهٔ برگه‌های Simetrium، بر پایهٔ رشته و به ترتیب الفبا.
باز کردن فهرست ←