Dżul
James Prescott Joule prowadził rodzinny browar pod Manchesterem i robił doświadczenia w domu. W 1845 roku zanurzył w naczyniu z wodą mieszadło z łopatkami. Obracały je dwa ciężarki na sznurkach. Ciężarki opadały, łopatki się obracały, woda się nagrzewała.
Nagrzanie było znikome, ułamki stopnia. Joule mierzył je termometrami, na których odczytywał setne części stopnia. Z doświadczenia wynikało, że praca i ciepło to to samo w różnych postaciach. Dziś praca, ciepło i energia elektryczna mają jedną jednostkę, dżul. Jeden dżul to praca siły jednego niutona na drodze jednego metra. Tyle trzeba, by podnieść jabłko o metr.
| Oznaczenie | J |
| Definicja | niutonometr · N·m · kg·m²·s⁻² · watosekunda |
| Wartości odniesienia | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Wprowadzona | 1889, Międzynarodowy Kongres Elektryczny · dla ciepła CGPM 1948 |
| Normy | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Typowe wartości | 1 J — jabłko o metr w górę · 400 kJ — zjeść jabłko · 4,184 GJ — tona trotylu |
01 · Definicja
Niuton na metrze drogi
Dżul to praca, którą wykonuje siła jednego niutona, gdy jej punkt przyłożenia przesuwa się o metr wzdłuż siły. W jednostkach podstawowych SI to kilogram razy metr kwadratowy przez sekundę do kwadratu.
Tą samą jednostką mierzy się każdą energię: kinetyczną, cieplną, elektryczną, chemiczną. Wat przez sekundę to też dżul. Energia przechodzi z jednej postaci w drugą, a suma się nie zmienia. Właśnie to pokazało doświadczenie Joule’a.
Ile dżuli kosztuje podniesienie
Przedmiot podnosi się z podłogi na wysokość ustawioną suwakiem. Fioletowe wypełnienie na linijce to przebyta droga. Linia przerywana to jeden metr. Praca równa się ciężarowi razy wysokość i staje się zapasem energii przedmiotu. Jeśli go puścić, przy uderzeniu o podłogę wydzielą się te same dżule.
To jedna wielkość w trzech zwyczajach. Chemicy i dietetycy liczą w kaloriach: kaloria ogrzewa gram wody o stopień i równa się 4,184 J. Energetycy liczą w kilowatogodzinach: urządzenie o mocy kilowata zużywa w godzinę 3,6 MJ. Fizycy piszą dżule. Na opakowaniach żywności często stoją obie liczby, kcal i kJ.
Ile razy upuścić ciężarki, by ogrzać wodę o stopień
Dwa ciężarki wiszą na sznurkach przerzuconych przez bloczki. Sznurki są nawinięte na bęben, który obraca mieszadło w miedzianym naczyniu z wodą. Ciężarki opadają o 1,6 m, łopatki ubijają wodę, a ta się nagrzewa. Potem ciężarki podnosi się z powrotem przy odłączonym mieszadle. Po prawej termometr pod lupą, z podziałką co 0,01 K. Pod nim dwa słupki: fioletowy to praca ciężarków, pomarańczowy to ciepło, które trafiło do wody. Szara część to straty na tarcie w bloczkach i ciepło, które uciekło do pokoju. Przycisk „Upuść” zwalnia ciężarki raz, „20 razy” — po kolei, jak u Joule’a.
Upuść ciężarki kilka razy i zobacz, o ile nagrzeje się woda.
02 · Przeliczanie
| Jednostka | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Spożywcza „kaloria” na opakowaniu to kilokaloria, 4,184 kJ.
Kilowatogodzina to 3,6 miliona dżuli. Tyle zużywa czajnik na mniej więcej dziesięć zagotowań litra wody.
Elektronowolt to energia elektronu, który przeszedł różnicę potencjałów jednego wolta. Przydaje się dla atomów i fotonów.
03 · Rzędy wielkości
04 · Przyrządy pomiarowe
05 · Zasady zapisu
06 · Jednostki sąsiednie
07 · Dział historyczny
Kalorii jest kilka i wszystkie są różne. Termochemiczna to dokładnie 4,184 J. Międzynarodowa, z tablic pary wodnej, dokładnie 4,1868 J. Piętnastostopniowa, która ogrzewa gram wody od 14,5 do 15,5 °C, około 4,1855 J. Różnica jest mniejsza niż procent, ale w dokładnym rachunku ją widać.
Dlatego w 1948 roku Generalna Konferencja Miar postanowiła mierzyć ciepło w dżulach, a kalorię zostawić w przeszłości. Dżul jest określony przez kilogram, metr i sekundę i nie zależy od właściwości wody. Doświadczenie samego Joule’a dało 772 stopofunty na brytyjską jednostkę ciepła, około 4,15 J na kalorię. To mniej niż procent od dzisiejszej wartości.
Katalog wielkości
cały indeks →Siedem jednostek podstawowych SI
Kropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.
Otwórz indeks →