Joule
Avledet SI-enhet · størrelse: energi, arbeid, varmemengde
01 · Definisjon
Arbeidet til en kraft på én newton over en vei på én meter. Omtrent så mye som skal til for å løfte et eple fra bordet opp i skulderhøyde.
Én definisjon betjener tre størrelser på én gang: arbeid, energi og varmemengde. Slik ble det ikke av skjødesløshet, men av sakens natur — alle tre går over i hverandre uten tap og uten rest. Fram til midten av attenhundretallet ble varme regnet som et eget stoff og målt i kalorier, arbeidet i kilogrammeter, og sammenhengen mellom skalaene måtte fastslås ved forsøk. Joule viste at denne sammenhengen er konstant, og etter ham ble de atskilte enhetene overflødige: igjen sto én joule for alle former for energi, fra en løftet vekt til oppvarmet vann og en ladet kondensator.
Arbeid oppstår når kraften virker langs forflytningen; moment når kraften griper på tvers av armen og ikke flytter noe. Dimensjonen er i begge tilfeller kilogram ganger kvadratmeter per sekund i annen, men enhetene må ikke byttes om: tiltrekkingsmomentet for en bolt skrives i newtonmeter og arbeidet i joule, og standarden holder fast ved den forskjellen. En nøkkel som har trukket en bolt til førti newtonmeter, har nesten ikke utført arbeid — bolten dreide en kvart omdreining.
02 · Omregning
Joule, kalorier, kilowattimer
Faktorene er eksakte per definisjon, men kalorien krever varsomhet: det finnes flere, og de skiller seg i tredje siffer. I tabellen er den internasjonale brukt — fire komma én åtte seks åtte.
Kostkalorien er i virkeligheten en kilokalori, tusen små kalorier, og i den europeiske merkingen står verdien i kilojoule alltid ved siden av. Femten hundre kilokalorier dagsrasjon er seks komma tre megajoule. Den internasjonale kalorien er fastsatt til nøyaktig fire komma én åtte seks åtte joule, den termokjemiske til fire komma én åtte fire, og i beregninger blandes de to iblant sammen.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| J | joule, SI-enhet | 1 | fysikk og teknikk |
| kJ | kilojoule | 0,001 | næringsdeklarasjon |
| MJ | megajoule | 1·10⁻⁶ | varmeteknikk |
| GJ | gigajoule | 1·10⁻⁹ | varmeregninger |
| W·h | wattime | 2,778·10⁻⁴ | batterier |
| kW·h | kilowattime | 2,778·10⁻⁷ | strømmåleren |
| cal | internasjonal kalori | 0,2388 | varmeteknikk, eldre beregninger |
| kcal | kilokalori, kostkalorien | 2,388·10⁻⁴ | varedeklarasjoner |
| Gcal | gigakalori | 2,388·10⁻¹⁰ | varmeregninger i Russland |
| erg | erg, CGS-systemet | 1·10⁷ | fysikk før SI |
| BTU | britisk varmeenhet | 9,478·10⁻⁴ | engelskspråklig varmeteknikk |
| kp·m | kilopondmeter | 0,102 | eldre mekaniske beregninger |
Joule, wattsekund og newtonmeter er ett og det samme. Kilowattimen passer bedre til strømregningen, fordi effekten til husholdningsapparater måles i watt og tiden i timer
03 · Størrelsesordener
fra elektronvolt til jordskjelvÉn joule — et eple løftet en meter
04 · Måleinstrumenter
Hva man måler energi med
All energi er enklest å gjøre om til varme og måle på oppvarmingen av en kjent vannmengde. Nettopp slik virket Joules første forsøk, og nettopp slik kontrolleres varmeelementer og brensel i dag — bare termometrene og isolasjonen er skiftet ut.
Den multipliserer strøm og spenning og summerer resultatet over tid. Induksjonsskiven telte omdreininger, det elektroniske apparatet teller prøver, men størrelsen er den samme — joule, bare vist i kilowattimer, som det går tre og en halv million av på hver.
En svertet plate tar opp stråling og varmes med tusendeler av en grad; termometeret i den gir energien. Slik måles effekten til en laser, solstrømmen på en værstasjon og den svakeste bakgrunnsstrålingen i kryogene oppsett.
Kula setter seg fast i et opphengt lodd, og av høyden loddet stiger, regner man ut bevegelsesenergien. Metoden er eldre enn enheten selv og tjener fortsatt som referansekontroll i ballistiske laboratorier.
05 · Skriveregler
Stor J uten punktum
Betegnelsen er dannet av et etternavn og er derfor stor, mens navnet i teksten skrives med liten: joule, men J. Den russiske betegnelsen er Дж, av tre bokstaver, og det følger ikke punktum etter den. Prefikser settes sammen uten mellomrom: kJ, MJ, GJ.
Å oppgi moment i joule er en utbredt og skadelig feil: størrelsene er ulike selv om dimensjonen faller sammen. Kalorien og kilowattimen beholdes på enkelte områder etter vedtak i Det internasjonale byrået for mål og vekt, men i vitenskapelig skrift foretrekkes joule. Næringsdeklarasjonen i Den europeiske union skal oppgi kilojoule først og kilokaloriene ved siden av, i parentes eller på en andre linje.
06 · Naboenheter
Joule står midt i en kjede: newton multiplisert med veien gir den, og den selv, delt på tiden, gir watt.
I Simetriums nabodatablad: newton og watt på begge sider av kjeden, kalori og kilowattime som enheter utenfor SI for samme størrelse, elektronvolt til partikkelfysikken, og erg fra CGS-systemet.
07 · Historisk del
Hvordan varmen sluttet å være et stoff
Rådende var læren om et vektløst stoff som flyter fra varmt til kaldt. Den forklarte oppvarming og avkjøling ganske godt, men kunne ikke svare på hvor varmen fra friksjon kom fra — og av den ble det frigjort så mye man ville.
Benjamin Thompson så i München på utboringen av kanonløp og la merke til: varme frigjøres så lenge boret går rundt, uten noen grense. Et stoff ville tatt slutt; arbeidet ikke.
En brygger fra Salford hengte lodd på en skovlrører i et vannkar og målte oppvarmingen med hundredels grads nøyaktighet. Arbeidet til det synkende loddet ga en strengt bestemt varmemengde — omregningsfaktoren mellom to verdener.
Navnet ble foreslått av Siemens på British Associations møte i 1882, og Den internasjonale elektrikerkongressen stadfestet det i 1889, ennå mens forskeren levde. Generalkonferansen for mål og vekt gjorde joule til enhet for energi, arbeid og varme på én gang, og kalorien ble igjen på kjøkkenet og i gamle lærebøker.
Enheten der tre skalaer møttes
Joules forsøk var mindre en oppdagelse enn en måling: han fant omregningsfaktoren mellom arbeid og varme og førte den til tredje siffer på apparater der oppvarmingen utgjorde brøkdeler av en grad. Nøyaktigheten kom av isolasjon og tålmodighet — rekken ble gjentatt i årevis. Etter at loven om energiens bevaring var godtatt, ble kalorien definert ikke lenger gjennom vann, men gjennom joule, og verdien i dag — fire komma én åtte seks åtte — er fastsatt, ikke målt. Fra totusenognitten er joule dessuten en størrelse som er eksakt av konstruksjon: Plancks konstant er fastlagt som et tall uttrykt i joulesekunder, og gjennom den er kilogrammet definert. Energienheten har sluttet å avhenge av noe stoff overhodet, heller ikke av vannet som oppvarmingen av en gang begynte med.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 16 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
databladet for joule er åpnetSI-grunnenheter
i terrakotta — kilogram, meter og sekund, som joule er satt sammen avEnheter utenfor SI
i terrakotta — energienheter fra andre systemerDatabladets språk
16 språk. Betegnelsen J er internasjonal, men vanen er ulik: den europeiske etiketten setter kilojoule først, den amerikanske gir bare kalorier.