Joule
Härledd SI-enhet · storhet: energi, arbete, värmemängd
01 · Definition
Arbetet av en kraft på en newton längs en väg av en meter. Ungefär så mycket går åt för att lyfta ett äpple från bordet till axelhöjd.
En enda definition betjänar tre storheter på en gång: arbete, energi och värmemängd. Så blev det inte av slarv utan av sakens natur — alla tre övergår i varandra utan förlust och utan rest. Fram till mitten av artonhundratalet ansågs värme vara ett särskilt ämne och mättes i kalorier, arbetet i kilogrammeter, och sambandet mellan skalorna fick fastställas genom försök. Joule visade att detta samband är konstant, och efter honom blev de skilda enheterna onödiga: kvar blev en joule för alla former av energi, från en lyft vikt till uppvärmt vatten och en laddad kondensator.
Arbete uppstår när kraften verkar längs förflyttningen; moment när kraften angriper tvärs hävarmen och inte flyttar något. Dimensionen är i båda fallen kilogram gånger kvadratmeter per sekund i kvadrat, men enheterna får inte bytas ut: åtdragningsmomentet för en bult skrivs i newtonmeter och arbetet i joule, och standarden håller fast vid den skillnaden. En nyckel som dragit en bult till fyrtio newtonmeter har nästan inte utfört något arbete — bulten vred sig ett kvarts varv.
02 · Omräkning
Joule, kalorier, kilowattimmar
Faktorerna är exakta per definition, men kalorin kräver försiktighet: det finns flera och de skiljer sig i tredje siffran. I tabellen används den internationella — fyra komma ett åtta sex åtta.
Kostkalorin är i själva verket en kilokalori, tusen små kalorier, och i den europeiska märkningen står alltid värdet i kilojoule bredvid. Femtonhundra kilokalorier dagsranson är sex komma tre megajoule. Den internationella kalorin är definierad som exakt fyra komma ett åtta sex åtta joule, den termokemiska som fyra komma ett åtta fyra, och i beräkningar förväxlas de två ibland.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| J | joule, SI-enhet | 1 | fysik och teknik |
| kJ | kilojoule | 0,001 | näringsdeklaration |
| MJ | megajoule | 1·10⁻⁶ | värmeteknik |
| GJ | gigajoule | 1·10⁻⁹ | värmeräkningar |
| W·h | wattimme | 2,778·10⁻⁴ | batterier |
| kW·h | kilowattimme | 2,778·10⁻⁷ | elmätaren |
| cal | internationell kalori | 0,2388 | värmeteknik, äldre beräkningar |
| kcal | kilokalori, kostkalorin | 2,388·10⁻⁴ | livsmedelsetiketter |
| Gcal | gigakalori | 2,388·10⁻¹⁰ | värmeräkningar i Ryssland |
| erg | erg, CGS-systemet | 1·10⁷ | fysik före SI |
| BTU | brittisk värmeenhet | 9,478·10⁻⁴ | engelskspråkig värmeteknik |
| kp·m | kilopondmeter | 0,102 | äldre mekaniska beräkningar |
Joule, wattsekund och newtonmeter är ett och detsamma. Kilowattimmen passar bättre för elräkningen, eftersom hushållsapparaters effekt mäts i watt och tiden i timmar
03 · Storleksordningar
från elektronvolt till jordbävningEn joule — ett äpple lyft en meter
04 · Mätinstrument
Vad man mäter energi med
Enklast är att omvandla vilken energi som helst till värme och mäta den på uppvärmningen av en känd vattenmassa. Precis så fungerade Joules första försök, och precis så kontrolleras värmare och bränslen i dag — bara termometrarna och isoleringen har ändrats.
Den multiplicerar ström och spänning och summerar resultatet över tiden. Induktionsskivan räknade varv, den elektroniska räknar sampel, men storheten är densamma — joule, bara visade i kilowattimmar, av vilka det går tre och en halv miljon på varje.
En svärtad platta absorberar strålning och värms med tusendels grader; termometern i den ger energin. Så mäts en lasers effekt, solflödet vid en väderstation och den svagaste bakgrundsstrålningen i kryogena uppställningar.
Kulan fastnar i ett upphängt block, och ur den höjd blocket stiger beräknas dess rörelseenergi. Metoden är äldre än enheten själv och tjänar än i dag som referenskontroll i ballistiska laboratorier.
05 · Skrivregler
Stort J utan punkt
Beteckningen är bildad av ett efternamn och är därför versal, medan namnet i löpande text skrivs med gemen: joule, men J. Den ryska beteckningen är Дж, av tre bokstäver, och ingen punkt följer efter den. Prefixen skrivs ihop: kJ, MJ, GJ.
Att ange moment i joule är ett spritt och skadligt fel: storheterna är olika fastän dimensionen sammanfaller. Kalorin och kilowattimmen finns kvar inom enskilda områden enligt beslut av Internationella byrån för mått och vikt, men i vetenskaplig skrift föredras joule. Näringsdeklarationen i Europeiska unionen måste ange kilojoule först och kilokalorierna bredvid, inom parentes eller på en andra rad.
06 · Grannenheter
Joule står mitt i en kedja: newton multiplicerad med vägen ger den, och den själv, räknad per tid, ger watt.
I Simetriums närliggande datablad: newton och watt på båda sidor om kedjan, kalori och kilowattimme som enheter utanför SI för samma storhet, elektronvolt för partikelfysiken, och erg från CGS-systemet.
07 · Historisk del
Hur värmen upphörde att vara ett ämne
Rådande var läran om ett viktlöst ämne som flöt från varmt till kallt. Den förklarade uppvärmning och avkylning ganska väl, men kunde inte svara på varifrån friktionsvärmen kom — och av den frigjordes hur mycket som helst.
Benjamin Thompson såg i München på urborrningen av kanonlopp och märkte: värme frigörs så länge borren snurrar, utan någon gräns. Ett ämne hade tagit slut; arbetet gjorde det inte.
En bryggare från Salford hängde vikter på en skovelomrörare i ett vattenkar och mätte uppvärmningen med hundradels grads noggrannhet. Arbetet av den sjunkande vikten gav en strikt bestämd värmemängd — omräkningsfaktorn mellan två världar.
Namnet föreslogs av Siemens vid British Associations möte 1882, och Internationella elektrikerkongressen fastställde det 1889, ännu under forskarens livstid. Generalkonferensen för mått och vikt gjorde joule till enhet för energi, arbete och värme på en gång, och kalorin blev kvar i köket och i gamla läroböcker.
Enheten där tre skalor möttes
Joules försök var mindre en upptäckt än en mätning: han fick fram omräkningsfaktorn mellan arbete och värme och drev den till tredje siffran på instrument där uppvärmningen utgjorde bråkdelar av en grad. Noggrannheten kom av isolering och tålamod — serien upprepades i åratal. Sedan energiprincipen erkänts definierades kalorin inte längre genom vatten utan genom joule, och dess värde i dag — fyra komma ett åtta sex åtta — är fastställt, inte uppmätt. Sedan tjugohundranitton är joule dessutom en till konstruktionen exakt storhet: Plancks konstant är fixerad som ett tal uttryckt i joulesekunder, och genom den är kilogrammet definierat. Energienheten har upphört att bero på något ämne alls, inte heller på vattnet vars uppvärmning en gång var början till alltihop.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 16 språk.
Härledda SI-enheter med eget namn
databladet för joule är öppetSI-basenheter
i terrakotta — kilogram, meter och sekund, som joule är satt samman avEnheter utanför SI
i terrakotta — energienheter från andra systemDatabladets språk
16 språk. Beteckningen J är internationell, men vanan skiljer sig: den europeiska etiketten sätter kilojoule först, den amerikanska ger bara kalorier.