जूल
SI व्युत्पन्न इकाई · राशि: ऊर्जा, कार्य, ऊष्मा की मात्रा
01 · परिभाषा
एक न्यूटन के बल का एक मीटर पथ पर किया कार्य। मेज़ से सेब उठाकर कंधे की ऊँचाई तक ले जाने में लगभग इतना ही खर्च होता है।
एक ही परिभाषा एक साथ तीन राशियों को सँभालती है: कार्य, ऊर्जा और ऊष्मा की मात्रा। यह लापरवाही से नहीं, वस्तु के स्वभाव से हुआ — तीनों बिना हानि और बिना शेष एक-दूसरे में बदलती हैं। उन्नीसवीं सदी के मध्य तक ऊष्मा को विशेष पदार्थ माना जाता था और कैलोरी में नापा जाता था, कार्य को किलोग्राम-मीटर में, और दोनों पैमानों का संबंध प्रयोग से तय करना पड़ता था। जूल ने दिखाया कि यह संबंध अचल है, और उनके बाद अलग-अलग इकाइयाँ अनावश्यक हो गईं: ऊर्जा के हर रूप के लिए एक जूल रह गया, उठाए हुए बाट से लेकर गरम पानी और आवेशित संधारित्र तक।
कार्य तब बनता है जब बल विस्थापन के साथ लगता है; बलाघूर्ण तब, जब बल भुजा के आरपार लगे और कुछ भी न हटाए। विमा दोनों हालों में किलोग्राम गुणा वर्ग मीटर बटा वर्ग सेकंड है, पर इकाइयाँ बदली नहीं जा सकतीं: बोल्ट कसने का बलाघूर्ण न्यूटन-मीटर में लिखते हैं और कार्य जूल में, और मानक इस भेद को बनाए रखता है। चालीस न्यूटन-मीटर के बलाघूर्ण से बोल्ट कसने वाली चाबी ने कार्य लगभग किया ही नहीं — बोल्ट चौथाई चक्कर घूमा।
02 · रूपांतरण
जूल, कैलोरी, किलोवाट-घंटे
गुणांक परिभाषा से सटीक हैं, पर कैलोरी के साथ सावधानी चाहिए: वे कई हैं और तीसरे अंक पर अलग हो जाती हैं। तालिका में अंतर्राष्ट्रीय ली गई है — चार दशमलव एक आठ छह आठ।
भोजन की कैलोरी असल में किलोकैलोरी है, हज़ार छोटी कैलोरियाँ, और यूरोपीय लेबल पर उसके साथ किलोजूल का मान अवश्य रहता है। दिन भर के भोजन की डेढ़ हज़ार किलोकैलोरी छह दशमलव तीन मेगाजूल है। अंतर्राष्ट्रीय कैलोरी ठीक चार दशमलव एक आठ छह आठ जूल परिभाषित है, ऊष्मारासायनिक चार दशमलव एक आठ चार, और हिसाब में ये दोनों कभी-कभी गड्डमड्ड हो जाती हैं।
| इकाई | नाम | मान | कहाँ मिलती है |
|---|---|---|---|
| J | जूल, SI इकाई | 1 | भौतिकी और अभियांत्रिकी |
| kJ | किलोजूल | 0.001 | खाद्य लेबल |
| MJ | मेगाजूल | 1·10⁻⁶ | ऊष्मा अभियांत्रिकी |
| GJ | गीगाजूल | 1·10⁻⁹ | तापन के बिल |
| W·h | वाट-घंटा | 2.778·10⁻⁴ | बैटरियाँ |
| kW·h | किलोवाट-घंटा | 2.778·10⁻⁷ | बिजली का मीटर |
| cal | अंतर्राष्ट्रीय कैलोरी | 0.2388 | ऊष्मा अभियांत्रिकी, पुराने हिसाब |
| kcal | किलोकैलोरी, भोजन की कैलोरी | 2.388·10⁻⁴ | उत्पादों के लेबल |
| Gcal | गीगाकैलोरी | 2.388·10⁻¹⁰ | रूस में ताप के बिल |
| erg | अर्ग, CGS पद्धति | 1·10⁷ | SI से पहले की भौतिकी |
| BTU | ब्रिटिश ऊष्मीय इकाई | 9.478·10⁻⁴ | अंग्रेज़ीभाषी ऊष्मा अभियांत्रिकी |
| kgf·m | किलोग्राम-बल-मीटर | 0.102 | पुराने यांत्रिक हिसाब |
जूल, वाट-सेकंड और न्यूटन-मीटर एक ही चीज़ हैं। बिजली के बिल के लिए किलोवाट-घंटा अधिक सुविधाजनक है, क्योंकि घरेलू उपकरणों की शक्ति वाट में और समय घंटों में नापा जाता है
03 · परिमाण की कोटियाँ
इलेक्ट्रॉनवोल्ट से भूकंप तकएक जूल — एक मीटर उठाया गया सेब
04 · मापक यंत्र
ऊर्जा किससे नापी जाती है
किसी भी ऊर्जा को ऊष्मा में बदलकर ज्ञात द्रव्यमान के पानी के गरम होने से नापना सबसे आसान है। जूल का पहला प्रयोग ठीक ऐसे ही चलता था, और आज भी हीटर और ईंधन इसी तरह जाँचे जाते हैं — बदले हैं तो केवल थर्मामीटर और ऊष्मारोधन।
यह धारा को वोल्टता से गुणा करता है और परिणाम को समय के साथ जोड़ता जाता है। प्रेरण चक्र चक्कर गिनता था, इलेक्ट्रॉनिक यंत्र नमूने गिनता है, पर राशि वही है — जूल, बस किलोवाट-घंटों में दिखाए गए, जिनमें से हर एक में पैंतीस लाख समाते हैं।
कालिख चढ़ी पट्टी विकिरण सोखती है और डिग्री के हज़ारवें हिस्से जितनी गरम होती है; उसमें लगा थर्मामीटर ही ऊर्जा बताता है। इसी तरह लेज़र की शक्ति, मौसम केंद्र पर सूर्य का प्रवाह और निम्नतापीय उपकरणों में सबसे क्षीण अवशिष्ट विकिरण नापे जाते हैं।
गोली लटके हुए बाट में धँस जाती है, और बाट जितनी ऊँचाई तक उठा उससे उसकी गतिज ऊर्जा निकाली जाती है। यह विधि इकाई से भी पुरानी है और आज भी प्रक्षेप्य प्रयोगशालाओं में मानक जाँच का काम करती है।
05 · लेखन नियम
बड़ा J, बिना बिंदु
संकेत उपनाम से बना है, इसलिए बड़े अक्षर में है, जबकि पाठ में नाम छोटे अक्षर से लिखा जाता है: जूल, पर J। रूसी संकेत Дж है, तीन अक्षरों का, और उसके बाद बिंदु नहीं लगता। उपसर्ग बिना जगह के जुड़ते हैं: kJ, MJ, GJ।
बलाघूर्ण को जूल में लिखना एक फैली हुई और हानिकारक भूल है: विमा भले मिलती हो, राशियाँ अलग हैं। कैलोरी और किलोवाट-घंटा अंतर्राष्ट्रीय माप-तौल ब्यूरो के निर्णय से कुछ क्षेत्रों में बने हुए हैं, पर वैज्ञानिक लेखन में जूल श्रेयस्कर है। यूरोपीय संघ में खाद्य लेबल पर पहले किलोजूल लिखना अनिवार्य है, और किलोकैलोरी उसके पास, कोष्ठक में या दूसरी पंक्ति में।
06 · पड़ोसी इकाइयाँ
जूल एक शृंखला के बीच में खड़ा है: न्यूटन को पथ से गुणा करें तो वह मिलता है, और वही समय से भाग देने पर वाट देता है।
Simetrium के पड़ोसी पत्रकों में: न्यूटन और वाट शृंखला के दोनों ओर, कैलोरी और किलोवाट-घंटा उसी राशि की SI से बाहर की इकाइयों के रूप में, इलेक्ट्रॉनवोल्ट कण भौतिकी के लिए और erg CGS पद्धति से।
07 · ऐतिहासिक भाग
ऊष्मा ने पदार्थ होना कैसे छोड़ा
भारहीन पदार्थ का सिद्धांत छाया हुआ था, जो गरम से ठंडे की ओर बहता है। वह गरम होने और ठंडा होने को ठीक-ठाक समझाता था, पर यह नहीं बता पाता था कि घर्षण की ऊष्मा कहाँ से आती है — और वह जितनी चाहो उतनी निकलती थी।
बेंजामिन थॉम्पसन म्यूनिख में तोप की नलियों की खुदाई देख रहे थे और उन्होंने ध्यान दिया: जब तक बरमा घूमता है, ऊष्मा बिना किसी सीमा के निकलती रहती है। पदार्थ होता तो चुक जाता; कार्य नहीं चुकता।
सॉलफ़र्ड के एक शराब बनाने वाले ने पानी की टंकी में पंखुड़ीदार मथनी से बाट लटकाए और गरमाहट को डिग्री के सौवें हिस्से तक नापा। उतरते बाट का कार्य ठीक-ठीक निश्चित मात्रा में ऊष्मा देता था — दो दुनियाओं के बीच रूपांतरण गुणांक।
नाम सीमेंस ने 1882 में ब्रिटिश एसोसिएशन की बैठक में सुझाया, और अंतर्राष्ट्रीय बिजली कांग्रेस ने 1889 में उसे पक्का किया, वैज्ञानिक के जीवनकाल में ही। माप-तौल की सामान्य सभा ने जूल को एक साथ ऊर्जा, कार्य और ऊष्मा की इकाई बना दिया, और कैलोरी रसोई तथा पुरानी पाठ्यपुस्तकों में रह गई।
वह इकाई जिसमें तीन पैमाने मिले
जूल का प्रयोग खोज से अधिक माप था: उन्होंने कार्य और ऊष्मा के बीच रूपांतरण गुणांक पाया और उसे ऐसे यंत्रों पर तीसरे अंक तक पहुँचाया जहाँ गरमाहट डिग्री का अंश भर थी। सटीकता ऊष्मारोधन और धीरज से आई — यह शृंखला बरसों दोहराई गई। ऊर्जा संरक्षण का नियम मान लिए जाने के बाद कैलोरी को पानी से नहीं, जूल से परिभाषित किया गया, और उसका आज का मान — चार दशमलव एक आठ छह आठ — नियत है, नापा हुआ नहीं। दो हज़ार उन्नीस से जूल रचना से भी सटीक राशि बन गया: प्लांक स्थिरांक जूल-सेकंड में व्यक्त एक संख्या के रूप में तय है, और उसी से किलोग्राम परिभाषित होता है। ऊर्जा की इकाई किसी भी पदार्थ पर निर्भर नहीं रही — उस पानी पर भी नहीं, जिसे गरम करने से कभी सब शुरू हुआ था।
सूची · माप की इकाइयाँ
हर राशि के लिए एक पत्रक
SI की सात मूल इकाइयाँ, अपने नाम वाली बाईस व्युत्पन्न इकाइयाँ, और पद्धति से बाहर की वे इकाइयाँ जिनके बिना न तकनीक चलती है न रोज़मर्रा। हर एक का अपना पत्र: परिभाषा, रूपांतरण, यंत्र, लेखन नियम। 32 भाषाओं में।
अपने नाम वाली SI व्युत्पन्न इकाइयाँ
जूल का पत्रक खुला हैSI की मूल इकाइयाँ
गेरुए रंग में — किलोग्राम, मीटर और सेकंड, जिनसे जूल बना हैSI से बाहर की इकाइयाँ
गेरुए रंग में — दूसरी पद्धतियों की ऊर्जा इकाइयाँपत्रक की भाषा
32 भाषाएँ। संकेत J अंतर्राष्ट्रीय है, पर आदत अलग-अलग है: यूरोपीय लेबल किलोजूल पहले रखता है, अमेरिकी केवल कैलोरी देता है।