Joule
James Prescott Joule conducea fabrica de bere a familiei de lângă Manchester și făcea experimente acasă. În 1845 a coborât într-un vas cu apă un agitator cu palete. Două greutăți legate de sfori îl roteau. Greutățile coborau, paletele se învârteau, apa se încălzea.
Încălzirea era infimă, fracțiuni de grad. Joule o măsura cu termometre pe care deosebea sutimi de grad. Din experiment reieșea că lucrul mecanic și căldura sunt același lucru în forme diferite. Astăzi lucrul mecanic, căldura și energia electrică au o singură unitate, joule-ul. Un joule este lucrul mecanic al unei forțe de un newton pe o distanță de un metru. Atât trebuie ca să ridici un măr cu un metru.
| Notație | J |
| Definiție | newton-metru · N·m · kg·m²·s⁻² · watt-secundă |
| Valori de referință | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Introdusă | 1889, Congresul Internațional de Electricitate · pentru căldură, CGPM 1948 |
| Standarde | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Valori tipice | 1 J — un măr ridicat un metru · 400 kJ — să mănânci un măr · 4,184 GJ — o tonă de TNT |
01 · Definiție
Un newton pe un metru de drum
Joule-ul este lucrul mecanic efectuat de o forță de un newton când punctul ei de aplicație se deplasează cu un metru în direcția forței. În unități de bază SI este kilogram ori metru pătrat pe secundă la pătrat.
Cu aceeași unitate se măsoară orice energie: cinetică, termică, electrică, chimică. Un watt timp de o secundă este tot un joule. Energia trece dintr-o formă în alta, iar suma rămâne aceeași. Exact asta a arătat experimentul lui Joule.
Câți jouli costă o ridicare
Un obiect este ridicat de pe podea la înălțimea stabilită de cursor. Umplerea violet de pe riglă este drumul parcurs. Linia punctată este un metru. Lucrul mecanic este greutatea înmulțită cu înălțimea și devine rezerva de energie a obiectului. Dacă îl lași să cadă, la lovirea podelei se eliberează aceiași jouli.
Este o singură mărime cu trei obiceiuri. Chimiștii și nutriționiștii socotesc în calorii: o calorie încălzește un gram de apă cu un grad și este egală cu 4,184 J. Energeticienii socotesc în kilowattore: un aparat de un kilowatt consumă 3,6 MJ într-o oră. Fizicienii scriu jouli. Pe ambalajele alimentelor apar adesea ambele cifre, kcal și kJ.
De câte ori trebuie lăsate greutățile să cadă ca apa să se încălzească cu un grad
Două greutăți atârnă de sfori trecute peste scripeți. Sforile sunt înfășurate pe un tambur care rotește un agitator într-un vas de cupru cu apă. Greutățile coboară 1,6 m, paletele bat apa, iar aceasta se încălzește. Apoi greutățile sunt ridicate la loc, cu agitatorul decuplat. În dreapta, un termometru sub lupă, cu diviziuni de 0,01 K. Dedesubt, două bare: violetul este lucrul mecanic al greutăților, portocaliul căldura ajunsă în apă. Partea gri sunt pierderile prin frecare în scripeți și căldura scăpată în cameră. Butonul „Lasă să cadă” eliberează greutățile o dată, „De 20 de ori” la rând, ca la Joule.
Lăsați greutățile să cadă de câteva ori și vedeți cât se încălzește apa.
02 · Conversie
| Unitate | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
„Caloria” alimentară de pe ambalaj este o kilocalorie, 4,184 kJ.
Un kilowattoră înseamnă 3,6 milioane de jouli. Atât consumă un fierbător ca să fiarbă un litru de apă de vreo zece ori.
Electronvoltul este energia unui electron care a străbătut o diferență de potențial de un volt. Se folosește pentru atomi și fotoni.
03 · Ordine de mărime
04 · Instrumente de măsură
05 · Reguli de scriere
06 · Unități vecine
07 · Secțiune istorică
Există mai multe calorii, și toate diferă. Cea termochimică este exact 4,184 J. Cea internațională, din tabelele aburului, exact 4,1868 J. Caloria de cincisprezece grade, care încălzește un gram de apă de la 14,5 la 15,5 °C, circa 4,1855 J. Diferența e sub un procent, dar într-un calcul precis se vede.
De aceea, în 1948, Conferința Generală de Măsuri și Greutăți a hotărât să măsoare căldura în jouli și să lase caloria în trecut. Joule-ul este definit prin kilogram, metru și secundă și nu depinde de proprietățile apei. Experimentul lui Joule însuși a dat 772 de picioare-livră pe unitate termică britanică, circa 4,15 J pe calorie. Este cu mai puțin de un procent sub valoarea de azi.
Catalogul mărimilor
tot indexul →Cele șapte unități fundamentale SI
O picătură de acid schimbă culoarea sucului, sarea colorează flacăra, apa îngheață la o lovitură. Sub ele, toate fișele Simetrium, pe discipline și în ordine alfabetică.
Deschide indexul →