Joule
Unit turunan SI · besaran: energi, kerja, jumlah haba
01 · Takrif
Kerja sebuah gaya satu newton sepanjang lintasan satu meter. Kira-kira sebanyak itulah yang dikeluarkan untuk mengangkat sebuah apel dari meja setinggi bahu.
Satu takrif melayani tiga besaran sekaligus: kerja, energi, dan jumlah haba. Itu bukan kerana kelalaian melainkan kerana hakikat perkaranya — ketiganya berubah menjadi satu sama lain tanpa kehilangan dan tanpa sisa. Sampai pertengahan abad kesembilan belas haba dianggap zat tersendiri dan diukur dengan habai, kerja diukur dengan kilogram meter, dan hubungan antara kedua skala harus ditetapkan lewat eksperimen. Joule menunjukkan bahwa hubungan itu tetap, dan selepas itu unit-unit terpisah menjadi tak perlu: tinggallah satu joule untuk segala bentuk energi, dari beban yang diangkat sampai air yang dipanaskan dan kapasitor yang bermuatan.
Kerja muncul ketika gaya bekerja sepanjang perpindahan; momen muncul ketika gaya dikenakan melintang pada lengan dan tidak memindahkan apa pun. Dimensinya dalam kedua hal adalah kilogram kali meter persegi per saat kuadrat, tetapi unitnya tidak boleh dipertukarkan: momen pengencangan bolt ditulis dalam newton meter dan kerja dalam joule, dan standar mempertahankan perbedaan itu. Kunci yang mengencangkan bolt dengan momen empat puluh newton meter hampir tidak melakukan kerja — boltnya berputar seperempat putaran.
02 · Penukaran
Joule, habai, kilowatt jam
Faktor-faktornya tepat menurut takrif, tetapi dengan habai diperlukan kehati-hatian: ada beberapa macam dan berbeda pada angka ketiga. Dalam tabel dipakai yang internasional — empat perpuluhan satu lapan enam lapan.
Habai makanan sebenarnya adalah kilohabai, seribu habai kecil, dan pada label Eropa di sebelahnya selalu tercantum nilai dalam kilojoule. Seribu lima ratus kilohabai makanan sehari sama dengan enam perpuluhan tiga megajoule. Habai internasional ditetapkan tepat empat perpuluhan satu lapan enam lapan joule, yang termokimia empat perpuluhan satu lapan empat, dan dalam pengiraan keduanya kadang tertukar.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| J | joule, unit SI | 1 | fisika dan teknik |
| kJ | kilojoule | 0.001 | label pangan |
| MJ | megajoule | 1·10⁻⁶ | teknik termal |
| GJ | gigajoule | 1·10⁻⁹ | bil pemanas |
| W·h | watt jam | 2.778·10⁻⁴ | baterai |
| kW·h | kilowatt jam | 2.778·10⁻⁷ | meter listrik |
| cal | habai internasional | 0.2388 | teknik termal, pengiraan lama |
| kcal | kilohabai, habai makanan | 2.388·10⁻⁴ | label produk |
| Gcal | gigahabai | 2.388·10⁻¹⁰ | bil panas di Rusia |
| erg | erg, sistem CGS | 1·10⁷ | fisika sebelum SI |
| BTU | unit termal Britania | 9.478·10⁻⁴ | teknik termal berbahasa Inggris |
| kgf·m | kilogram gaya meter | 0.102 | pengiraan mekanika lama |
Joule, watt saat, dan newton meter adalah hal yang sama. Kilowatt jam lebih cocok untuk bil listrik, kerana daya peralatan rumah tangga diukur dalam watt dan waktu dalam jam
03 · Orde kuantiti
dari elektronvolt hingga gempa bumiSatu joule — apel yang diangkat satu meter
04 · Alat pengukur
Dengan apa energi diukur
Cara paling mudah adalah mengubah energi apa pun menjadi haba dan mengukurnya dari kenaikan suhu sejumlah air yang diketahui jisimnya. Persis begitulah eksperimen pertama Joule bekerja, dan persis begitu pula pemanas dan bahan api diuji kini — yang berubah hanya termometer dan isolasinya.
Ia mengalikan arus dengan tegangan dan menjumlahkan hasilnya sepanjang waktu. Cakram induksi dulu mengira putaran, alat elektronik mengira sampel, tetapi besarannya sama — joule, hanya saja ditampilkan dalam kilowatt jam, yang masing-masing memuat tiga setengah juta joule.
Sekeping pelat yang dihitamkan menyerap radiasi dan memanas beberapa perseribu derajat; termometer di dalamnya yang memberi nilai energi. Begitulah diukur daya laser, fluks matahari di stasiun cuaca, dan radiasi latar paling lemah dalam perangkat kriogenik.
Peluru tertanam dalam beban yang digantung, dan dari ketinggian naiknya beban itu dihitung energi kinetiknya. Metode ini lebih tua daripada unitnya sendiri dan sampai kini dipakai sebagai pemeriksaan acuan di laboratorium balistik.
05 · Perperaturan penulisan
J kapital, tanpa titik
Lambangnya berasal dari nama keluarga, kerana itu ditulis kapital, sedangkan namanya dalam teks ditulis dengan huruf kecil: joule, tetapi J. Lambang Rusianya Дж, terdiri atas tiga huruf, dan tidak diikuti titik. Awalan dilekatkan tanpa spasi: kJ, MJ, GJ.
Menuliskan momen dalam joule adalah kesalahan yang lazim dan merugikan: besarannya berbeda meskipun dimensinya berimpit. Habai dan kilowatt jam tetap bertahan di bidang tertentu berdasarkan keputusan Biro Internasional Timbangan dan Ukuran, tetapi penulisan ilmiah lebih memilih joule. Label pangan di Uni Eropa wajib mencantumkan kilojoule lebih dulu, dan kilohabai di sebelahnya, dalam kurung atau pada baris kedua.
06 · Satuan tetangga
Joule berdiri di tengah sebuah rantai: newton dikalikan lintasan menghasilkannya, dan ia sendiri, dibagi waktu, menghasilkan watt.
Di helaian-helaian tetangga Simetrium: newton dan watt di kedua ujung rantai, kalori dan kilowatt jam sebagai unit di luar SI untuk besaran yang sama, elektronvolt untuk fisika partikel, dan erg dari sistem CGS.
07 · Bagian sejarah
Bagaimana haba berhenti menjadi zat
Yang berkuasa adalah teori tentang zat tanpa berat yang mengalir dari yang panas ke yang dingin. Teori itu agak baik menjelaskan pemanasan dan pendinginan, tetapi tidak bisa menjawab dari mana datangnya haba geseran — padahal haba itu keluar sebanyak yang dikehendaki.
Benjamin Thompson menyaksikan pengeboran laras meriam di Munich dan menyadari: haba keluar selama mata bor berputar, tanpa batas apa pun. Suatu zat pasti akan habis; kerja tidak.
Seorang pembuat bir dari Salford menggantungkan pemberat pada pengaduk berbaling-baling di bekas berisi air dan mengukur kenaikan suhu sampai perseratus derajat. Kerja beban yang turun memberikan jumlah haba yang tertentu secara ketat — faktor penukaran antara dua dunia.
Namanya diusulkan Siemens pada pertemuan Asosiasi Britania tahun 1882, dan Kongres Internasional Ahli Listrik menetapkannya pada 1889, ketika sang ilmuwan masih hidup. Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran menjadikan joule unit energi, kerja, dan haba sekaligus, sedangkan habai tinggal di dapur dan di buku pelajaran lama.
Unit tempat tiga skala bertemu
Eksperimen Joule lebih merupakan pengukuran daripada penemuan: ia memperoleh faktor penukaran antara kerja dan haba dan membawanya sampai angka ketiga pada alat-alat yang kenaikan suhunya hanya pecahan derajat. Ketelitiannya datang dari isolasi dan kesabaran — rangkaian itu diulang bertahun-tahun. Setelah hukum kekekalan energi diterima, habai tidak lagi ditakrifkan lewat air melainkan lewat joule, dan nilainya kini — empat perpuluhan satu lapan enam lapan — ditetapkan, bukan diukur. Sejak dua ribu sembilan belas joule bahkan menjadi besaran yang tepat menurut konstruksinya: tetapan Planck dipatok sebagai bilangan yang dinyatakan dalam joule saat, dan lewat tetapan itu kilogram ditakrifkan. Unit energi berhenti bergantung pada zat apa pun, termasuk air yang dari pemanasannya dahulu semuanya bermula.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 34 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar joule terbukaSatuan dasar SI
warna terakota — kilogram, meter dan saat, yang menyusun jouleUnit di luar SI
warna terakota — unit energi dari sistem lainBahasa helaian
34 bahasa. Lambang J bersifat internasional, tetapi kebiasaannya berbeda: label Eropa menaruh kilojoule lebih dulu, label Amerika hanya memberi habai.