Joule
James Prescott Joule drev familjens bryggeri nära Manchester och gjorde försök hemma. År 1845 sänkte han ned en skovelomrörare i ett kärl med vatten. Två vikter i snören vred den. Vikterna sjönk, skovlarna snurrade, vattnet värmdes.
Uppvärmningen var pytteliten, bråkdelar av en grad. Joule mätte den med termometrar där han kunde läsa av hundradels grader. Försöket visade att arbete och värme är samma sak i olika former. I dag har arbete, värme och elektrisk energi en gemensam enhet, joule. En joule är arbetet av en kraft på en newton längs en sträcka på en meter. Så mycket krävs för att lyfta ett äpple en meter.
| Beteckning | J |
| Definition | newtonmeter · N·m · kg·m²·s⁻² · wattsekund |
| Referensvärden | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Infördes | 1889, Internationella elektriska kongressen · för värme CGPM 1948 |
| Standarder | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiska värden | 1 J — ett äpple en meter upp · 400 kJ — äta ett äpple · 4,184 GJ — ett ton trotyl |
01 · Definition
En newton längs en meters väg
En joule är det arbete som en kraft på en newton uträttar när dess angreppspunkt flyttas en meter i kraftens riktning. I SI-grundenheter är det kilogram gånger meter i kvadrat per sekund i kvadrat.
Med samma enhet mäter man all energi: kinetisk, termisk, elektrisk, kemisk. En watt under en sekund är också en joule. Energin går över från en form till en annan, och summan förblir densamma. Det var precis vad Joules försök visade.
Hur många joule ett lyft kostar
Ett föremål lyfts från golvet till den höjd som reglaget anger. Den lila fyllningen på linjalen är den tillryggalagda sträckan. Den streckade linjen är en meter. Arbetet är tyngden gånger höjden och blir föremålets energiförråd. Om man släpper det frigörs samma joule när det slår i golvet.
En storhet, tre vanor. Kemister och dietister räknar i kalorier: en kalori värmer ett gram vatten en grad och är lika med 4,184 J. Energitekniker räknar i kilowattimmar: en apparat på en kilowatt förbrukar 3,6 MJ på en timme. Fysiker skriver joule. På livsmedelsförpackningar står ofta båda talen, kcal och kJ.
Hur många gånger vikterna ska falla för att värma vattnet en grad
Två vikter hänger i snören över block. Snörena är lindade på en trumma som vrider en omrörare i ett kopparkärl med vatten. Vikterna sjunker 1,6 m, skovlarna vispar vattnet och det värms. Sedan dras vikterna upp igen med omröraren frikopplad. Till höger en termometer under lupp med gradering 0,01 K. Under den två staplar: lila är vikternas arbete, orange värmen som gick till vattnet. Den grå delen är förlusterna genom friktion i blocken och värmen som gick till rummet. Knappen ”Släpp” fäller vikterna en gång, ”20 gånger” i följd, som hos Joule.
Släpp vikterna några gånger och se hur mycket vattnet värms.
02 · Omräkning
| Enhet | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Livsmedels-”kalorin” på förpackningen är en kilokalori, 4,184 kJ.
En kilowattimme är 3,6 miljoner joule. Så mycket förbrukar en vattenkokare för att koka en liter vatten ungefär tio gånger.
En elektronvolt är energin hos en elektron som har passerat en potentialskillnad på en volt. Den används för atomer och fotoner.
03 · Storleksordningar
04 · Mätinstrument
05 · Skrivregler
06 · Grannenheter
07 · Historisk del
Det finns flera kalorier, och alla är olika. Den termokemiska är exakt 4,184 J. Den internationella, från ångtabellerna, exakt 4,1868 J. Femtongraderskalorin, som värmer ett gram vatten från 14,5 till 15,5 °C, ungefär 4,1855 J. Skillnaden är under en procent, men i en noggrann beräkning syns den.
Därför beslöt Generalkonferensen för mått och vikt 1948 att mäta värme i joule och lämna kalorin bakom sig. Joule är definierad genom kilogram, meter och sekund och beror inte på vattnets egenskaper. Joules eget försök gav 772 fotpund per brittisk värmeenhet, ungefär 4,15 J per kalori. Det är mindre än en procent från dagens värde.
Storhetskatalog
hela registret →SI-systemets sju grundenheter
En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.
Öppna registret →