जूल
जेम्स प्रेस्कॉट जूल मैनचेस्टर के पास परिवार की शराब-भट्ठी चलाते थे और घर पर प्रयोग करते थे। 1845 में उन्होंने पानी से भरे एक पात्र में पंखुड़ियों वाली मथनी डुबोई। उसे डोरियों से लटके दो भार घुमाते थे। भार नीचे उतरते, पंखुड़ियाँ घूमतीं, पानी गर्म होता।
गर्माहट बहुत कम थी, डिग्री के अंश भर। जूल ने उसे ऐसे थर्मामीटरों से मापा जिन पर वे डिग्री का सौवाँ भाग पढ़ लेते थे। प्रयोग से यह निकला कि कार्य और ऊष्मा अलग-अलग रूपों में एक ही चीज़ हैं। आज कार्य, ऊष्मा और विद्युत ऊर्जा की एक ही इकाई है, जूल। एक जूल एक न्यूटन बल द्वारा एक मीटर दूरी में किया गया कार्य है। एक सेब को एक मीटर ऊपर उठाने में इतना ही लगता है।
| संकेत | J |
| परिभाषा | न्यूटन-मीटर · N·m · kg·m²·s⁻² · वाट-सेकंड |
| संदर्भ मान | 1 cal — 4.184 J · 1 kWh — 3.6 MJ · 1 eV — 1.602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| लाया गया | 1889, अंतरराष्ट्रीय विद्युत सम्मेलन · ऊष्मा के लिए CGPM 1948 |
| मानक | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| सामान्य मान | 1 J — सेब को एक मीटर ऊपर उठाना · 400 kJ — एक सेब खाना · 4.184 GJ — एक टन TNT |
01 · परिभाषा
एक मीटर रास्ते पर एक न्यूटन
जूल वह कार्य है जो एक न्यूटन बल तब करता है जब उसका क्रिया-बिंदु बल की दिशा में एक मीटर खिसकता है। SI मूल इकाइयों में यह किलोग्राम गुणा मीटर का वर्ग बटा सेकंड का वर्ग है।
इसी इकाई से हर ऊर्जा मापी जाती है: गतिज, ऊष्मीय, विद्युत, रासायनिक। एक सेकंड तक एक वाट भी एक जूल है। ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में बदलती है, और कुल योग वही रहता है। जूल के प्रयोग ने ठीक यही दिखाया।
उठाने में कितने जूल लगते हैं
किसी वस्तु को फ़र्श से उतनी ऊँचाई तक उठाया जाता है जितनी स्लाइडर तय करता है। पैमाने पर बैंगनी भराव तय की गई दूरी है। बिंदीदार रेखा एक मीटर है। कार्य भार गुणा ऊँचाई के बराबर है और वस्तु की संचित ऊर्जा बन जाता है। छोड़ने पर फ़र्श से टकराते समय वही जूल मुक्त होते हैं।
एक ही राशि, तीन आदतें। रसायनज्ञ और आहार-विशेषज्ञ कैलोरी में गिनते हैं: एक कैलोरी एक ग्राम पानी को एक डिग्री गर्म करती है और 4.184 J के बराबर है। बिजली वाले किलोवाट-घंटे में गिनते हैं: एक किलोवाट का उपकरण एक घंटे में 3.6 MJ खर्च करता है। भौतिकविद् जूल लिखते हैं। खाने के पैकेट पर अक्सर दोनों संख्याएँ होती हैं, kcal और kJ।
पानी को एक डिग्री गर्म करने के लिए भार कितनी बार गिराने होंगे
दो भार घिरनियों पर से गुज़रती डोरियों से लटके हैं। डोरियाँ एक ढोल पर लिपटी हैं, जो पानी से भरे ताँबे के पात्र में मथनी घुमाता है। भार 1.6 m नीचे उतरते हैं, पंखुड़ियाँ पानी को मथती हैं और वह गर्म होता है। फिर मथनी अलग करके भार वापस ऊपर खींचे जाते हैं। दाईं ओर आवर्धक लेंस के नीचे एक थर्मामीटर है, जिसके विभाजन 0.01 K के हैं। उसके नीचे दो पट्टियाँ: बैंगनी भारों का कार्य है, नारंगी वह ऊष्मा जो पानी में गई। धूसर भाग घिरनियों में घर्षण की हानि और कमरे में निकल गई ऊष्मा है। «गिराएँ» बटन भारों को एक बार छोड़ता है, «20 बार» लगातार, जैसे जूल करते थे।
भारों को कुछ बार गिराइए और देखिए कि पानी कितना गर्म होता है।
02 · रूपांतरण
| इकाई | मान | कहाँ मिलती है |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
पैकेट पर लिखी खाद्य «कैलोरी» दरअसल किलोकैलोरी है, 4.184 kJ।
एक किलोवाट-घंटा 36 लाख जूल है। बिजली की केतली एक लीटर पानी को लगभग दस बार उबालने में इतना खर्च करती है।
इलेक्ट्रॉनवोल्ट उस इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा है जो एक वोल्ट के विभवांतर से गुज़रा हो। यह परमाणुओं और फ़ोटॉनों के लिए काम आता है।
03 · परिमाण की कोटियाँ
04 · मापक यंत्र
05 · लेखन नियम
06 · पड़ोसी इकाइयाँ
07 · ऐतिहासिक भाग
कैलोरी कई हैं, और सब अलग हैं। ऊष्मरासायनिक कैलोरी ठीक 4.184 J है। अंतरराष्ट्रीय, भाप-सारणियों वाली, ठीक 4.1868 J। पंद्रह-डिग्री कैलोरी, जो एक ग्राम पानी को 14.5 से 15.5 °C तक गर्म करती है, लगभग 4.1855 J। अंतर एक प्रतिशत से कम है, पर सटीक गणना में दिख जाता है।
इसीलिए 1948 में माप-तौल के महासम्मेलन ने तय किया कि ऊष्मा जूल में मापी जाए और कैलोरी को अतीत में छोड़ दिया जाए। जूल किलोग्राम, मीटर और सेकंड से परिभाषित है और पानी के गुणों पर निर्भर नहीं करता। जूल के अपने प्रयोग से प्रति ब्रिटिश ऊष्मा इकाई 772 फुट-पाउंड मिले, यानी प्रति कैलोरी लगभग 4.15 J। यह आज के मान से एक प्रतिशत से भी कम अलग है।
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