Džul
Izvedena SI jedinica · veličina: energija, rad, količina toplote
01 · Definicija
Rad sile od jednog njutna na putu od jednog metra. Otprilike toliko se potroši da se jabuka podigne sa stola do visine ramena.
Jedna definicija služi trima veličinama odjednom: radu, energiji i količini toplote. Nije tako ispalo iz nemara nego iz same suštine stvari — sve tri prelaze jedna u drugu bez gubitka i bez ostatka. Do sredine devetnaestog veka toplota se smatrala posebnom materijom i merila se kalorijama, rad kilogram-metrima, a vezu između dveju skala trebalo je utvrditi ogledom. Džul je pokazao da je ta veza stalna, i posle njega odvojene jedinice postale su suvišne: ostao je jedan džul za sve oblike energije, od podignutog tega do zagrejane vode i napunjenog kondenzatora.
Rad nastaje kada sila deluje duž pomeranja; moment kada je sila primenjena poprečno na krak i ništa ne pomera. Dimenzija je u oba slučaja kilogram puta kvadratni metar po sekundi na kvadrat, ali jedinice se ne smeju zamenjivati: moment pritezanja zavrtnja piše se u njutnmetrima, a rad u džulima, i standard tu razliku održava. Ključ koji je zavrtanj pritegao momentom od četrdeset njutnmetara skoro da nije izvršio rad — zavrtanj se okrenuo za četvrtinu obrtaja.
02 · Pretvaranje
Džuli, kalorije, kilovat-časovi
Koeficijenti su po definiciji tačni, ali s kalorijom treba oprez: ima ih nekoliko i razlikuju se na trećem mestu. U tabeli je uzeta međunarodna — četiri zapeta jedan osam šest osam.
Prehrambena kalorija zapravo je kilokalorija, hiljadu malih kalorija, a u evropskoj deklaraciji pored nje uvek stoji vrednost u kilodžulima. Hiljadu petsto kilokalorija dnevnog obroka jeste šest zapeta tri megadžula. Međunarodna kalorija određena je tačno kao četiri zapeta jedan osam šest osam džula, termohemijska kao četiri zapeta jedan osam četiri, i u proračunima se te dve ponekad mešaju.
| Jedinica | Naziv | Vrednost | Gde se sreće |
|---|---|---|---|
| J | džul, SI jedinica | 1 | fizika i tehnika |
| kJ | kilodžul | 0,001 | deklaracija na hrani |
| MJ | megadžul | 1·10⁻⁶ | termotehnika |
| GJ | gigadžul | 1·10⁻⁹ | računi za grejanje |
| W·h | vat-čas | 2,778·10⁻⁴ | baterije |
| kW·h | kilovat-čas | 2,778·10⁻⁷ | strujomer |
| cal | međunarodna kalorija | 0,2388 | termotehnika, stariji proračuni |
| kcal | kilokalorija, prehrambena kalorija | 2,388·10⁻⁴ | deklaracije proizvoda |
| Gcal | gigakalorija | 2,388·10⁻¹⁰ | računi za toplotu u Rusiji |
| erg | erg, CGS sistem | 1·10⁷ | fizika pre prelaska na SI |
| BTU | britanska toplotna jedinica | 9,478·10⁻⁴ | termotehnika engleskog govornog područja |
| kp·m | kilopondmetar | 0,102 | stariji mehanički proračuni |
Džul, vatsekunda i njutnmetar jesu jedno te isto. Kilovat-čas više odgovara računu za struju, jer se snaga kućnih uređaja meri vatima, a vreme časovima
03 · Redovi veličina
od elektronvolta do zemljotresaJedan džul — jabuka podignuta za metar
04 · Merni instrumenti
Čime se meri energija
Svaku energiju najlakše je pretvoriti u toplotu i izmeriti po zagrevanju poznate mase vode. Upravo tako je radio prvi Džulov ogled, i upravo tako se danas ispituju grejalice i goriva — menjaju se samo termometri i izolacija.
Množi struju naponom i sabira rezultat kroz vreme. Indukcioni disk brojao je obrtaje, elektronski uređaj broji uzorke, ali veličina je ista — džuli, samo prikazani u kilovat-časovima, u svakom od kojih ih stane tri i po miliona.
Pocrnjena pločica upija zračenje i zagreje se za hiljadite delove stepena; termometar u njoj daje energiju. Tako se meri snaga lasera, sunčev fluks na meteorološkoj stanici i najslabije pozadinsko zračenje u kriogenim postrojenjima.
Zrno se zabode u obešen teg, a iz visine na koju se teg podigne računa se njegova kinetička energija. Metod je stariji od same jedinice i do danas služi kao referentna provera u balističkim laboratorijama.
05 · Pravila pisanja
Veliko J, bez tačke
Oznaka je izvedena iz prezimena i zato je velika, dok se ime u tekstu piše malim slovom: džul, ali J. Ruska oznaka je Дж, od tri slova, i tačka se iza nje ne stavlja. Prefiksi se dodaju spojeno: kJ, MJ, GJ.
Moment sile iskazan u džulima raširena je i štetna greška: veličine su različite iako se dimenzija poklapa. Kalorija i kilovat-čas zadržavaju se u pojedinim oblastima odlukom Međunarodnog biroa za tegove i mere, ali se u naučnom zapisu daje prednost džulu. Deklaracija na hrani u Evropskoj uniji mora prvo navesti kilodžule, a kilokalorije pored njih, u zagradi ili u drugom redu.
06 · Susedne jedinice
Džul stoji nasred lanca: njutn pomnožen putem daje njega, a on sam, podeljen vremenom, daje vat.
U susednim listovima Simetrijuma: njutn i vat s obe strane lanca, kalorija i kilovat-čas kao jedinice van SI iste veličine, elektronvolt za fiziku čestica, i erg iz CGS sistema.
07 · Istorijski deo
Kako je toplota prestala da bude materija
Vladala je teorija o bestežinskoj materiji koja teče od toplog ka hladnom. Zagrevanje i hlađenje objašnjavala je sasvim solidno, ali nije umela da odgovori odakle dolazi toplota trenja — a nje se oslobađalo koliko god se htelo.
Bendžamin Tompson posmatrao je u Minhenu bušenje topovskih cevi i primetio: toplota se oslobađa dok god se burgija okreće, bez ikakve granice. Materija bi se potrošila; rad se ne troši.
Pivar iz Salforda okačio je tegove o lopatičastu mešalicu u sudu s vodom i merio zagrevanje s tačnošću do stotih delova stepena. Rad tega koji se spušta davao je strogo određenu količinu toplote — koeficijent pretvaranja između dva sveta.
Ime je predložio Simens na skupu Britanskog udruženja 1882. godine, a Međunarodni kongres električara potvrdio ga je 1889, još za života naučnika. Generalna konferencija za tegove i mere učinila je džul jedinicom energije, rada i toplote odjednom, a kalorija je ostala u kuhinji i u starim udžbenicima.
Jedinica u kojoj su se srele tri skale
Džulov ogled bio je manje otkriće nego merenje: dobio je koeficijent pretvaranja između rada i toplote i doveo ga do trećeg mesta na uređajima gde je zagrevanje iznosilo delove stepena. Tačnost je došla od izolacije i strpljenja — niz je ponavljan godinama. Pošto je zakon održanja energije prihvaćen, kalorija je određena više ne preko vode nego preko džula, a njena današnja vrednost — četiri zapeta jedan osam šest osam — propisana je, a ne izmerena. Od dve hiljade devetnaeste džul je postao i po samoj gradnji tačna veličina: Plankova konstanta utvrđena je kao broj izražen u džul-sekundama, a preko nje je definisan kilogram. Jedinica energije prestala je da zavisi od bilo kakve materije, pa i od vode čijim je zagrevanjem nekada sve počelo.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih SI jedinica, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenima i vansistemske jedinice bez kojih ne prolaze ni tehnika ni svakodnevica. Svaka ima svoj list: definicija, pretvaranje, instrumenti, pravila pisanja. Na 36 jezika.
Izvedene SI jedinice sa sopstvenim imenom
otvoren list džulaOsnovne SI jedinice
terakotom — kilogram, metar i sekunda, od kojih je džul sastavljenJedinice van SI
terakotom — jedinice energije drugih sistemaJezik lista
36 jezika. Oznaka J je međunarodna, ali navika se razlikuje: evropska deklaracija stavlja kilodžule na prvo mesto, američka daje samo kalorije.