Juli
Kipimo kitokanacho cha SI · kiasi: nishati, kazi, kiwango cha joto
01 · Ufafanuzi
Kazi ya nguvu ya nyutoni moja katika njia ya mita moja. Takriban kiasi hicho hutumika kuinua tofaa kutoka mezani hadi usawa wa bega.
Ufafanuzi mmoja hutumikia viasi vitatu kwa pamoja: kazi, nishati na kiwango cha joto. Haikuwa hivyo kwa uzembe bali kwa asili ya jambo lenyewe — vyote vitatu hubadilika kuwa kimoja hadi kingine bila hasara wala mabaki. Hadi katikati ya karne ya kumi na tisa joto lilihesabiwa kuwa dutu ya pekee na kupimwa kwa kalori, kazi ikipimwa kwa kilogramu mita, na uhusiano kati ya mizani miwili ulipaswa kuthibitishwa kwa majaribio. Joule alionyesha kwamba uhusiano huo ni thabiti, na baada yake vipimo vilivyotengana vikawa havihitajiki: ikabaki juli moja kwa kila namna ya nishati, kutoka uzito ulioinuliwa hadi maji yaliyopashwa na kapasita iliyojazwa chaji.
Kazi hutokea nguvu inapotenda kufuata msogeo; mzunguko hutokea nguvu inapowekwa kwa kupindukia mkono na haisogezi chochote. Kipimo katika hali zote mbili ni kilogramu mara mita mraba kwa sekunde mraba, lakini vipimo haviwezi kubadilishana: mzunguko wa kukaza bolti huandikwa kwa nyutoni mita na kazi kwa juli, na kanuni hushikilia tofauti hiyo. Spana iliyokaza bolti kwa mzunguko wa nyutoni mita arobaini karibu haikufanya kazi yoyote — bolti ilizunguka robo tu ya mzunguko.
02 · Kubadilisha
Juli, kalori, kilowati saa
Vizidishi ni sahihi kwa ufafanuzi, lakini kalori inahitaji tahadhari: zipo za aina kadhaa na hutofautiana katika tarakimu ya tatu. Katika jedwali imetumika ile ya kimataifa — nne nukta moja nane sita nane.
Kalori ya chakula kwa hakika ni kilokalori, kalori ndogo elfu moja, na katika lebo za Ulaya kando yake huwa daima thamani kwa kilojuli. Kilokalori elfu moja na mia tano za chakula cha siku ni megajuli sita nukta tatu. Kalori ya kimataifa imefafanuliwa kuwa sawasawa juli nne nukta moja nane sita nane, ile ya kemia-joto kuwa nne nukta moja nane nne, na katika hesabu hizi mbili mara nyingine huchanganywa.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| J | juli, kipimo cha SI | 1 | fizikia na uhandisi |
| kJ | kilojuli | 0.001 | lebo za vyakula |
| MJ | megajuli | 1·10⁻⁶ | uhandisi wa joto |
| GJ | gigajuli | 1·10⁻⁹ | bili za upashaji joto |
| W·h | wati saa | 2.778·10⁻⁴ | betri |
| kW·h | kilowati saa | 2.778·10⁻⁷ | mita ya umeme |
| cal | kalori ya kimataifa | 0.2388 | uhandisi wa joto, hesabu za zamani |
| kcal | kilokalori, kalori ya chakula | 2.388·10⁻⁴ | lebo za bidhaa |
| Gcal | gigakalori | 2.388·10⁻¹⁰ | bili za joto nchini Urusi |
| erg | ergi, mfumo wa CGS | 1·10⁷ | fizikia kabla ya SI |
| BTU | kipimo cha joto cha Uingereza | 9.478·10⁻⁴ | uhandisi wa joto wa nchi zinazozungumza Kiingereza |
| kgf·m | kilogramu nguvu mita | 0.102 | hesabu za kimitambo za zamani |
Juli, wati sekunde na nyutoni mita ni kitu kimoja. Kilowati saa inafaa zaidi kwa bili ya umeme, kwa sababu nguvu ya vifaa vya nyumbani hupimwa kwa wati na muda kwa saa
03 · Madaraja ya ukubwa
kutoka elektronivolti hadi tetemeko la ardhiJuli moja — tofaa lililoinuliwa mita moja
04 · Vifaa vya kupima
Nishati hupimwa kwa nini
Njia rahisi kuliko zote ni kugeuza nishati yoyote kuwa joto na kuipima kwa jinsi maji ya uzani unaojulikana yanavyopashwa. Ndivyo hasa jaribio la kwanza la Joule lilivyofanya kazi, na ndivyo vipasha joto na mafuta vinavyothibitishwa leo — vilivyobadilika ni vipima joto na kizuia joto tu.
Huzidisha mkondo kwa msongo na kukusanya matokeo kadiri muda unavyopita. Diski ya uwezeshaji ilihesabu mizunguko, kifaa cha kielektroniki huhesabu sampuli, lakini kiasi ni kilekile — juli, zilizoonyeshwa tu kwa kilowati saa, ambazo kila moja ina milioni tatu na nusu.
Bamba lililotiwa weusi hufyonza mnururisho na kupata joto la elfu chache za nyuzi; kipima joto kilichomo ndani yake ndicho kinachotoa nishati. Hivyo hupimwa nguvu ya leza, mtiririko wa jua katika kituo cha hali ya hewa, na mnururisho hafifu kabisa wa asili katika vifaa vya baridi kali.
Risasi hukwama katika uzito uliotundikwa, na kutoka urefu ambao uzito huo hupanda huhesabiwa nishati yake ya mwendo. Njia hii ni kongwe kuliko kipimo chenyewe na hadi leo hutumika kama ukaguzi wa kumbukumbu katika maabara za kibalistiki.
05 · Kanuni za kuandika
J kubwa, bila nukta
Alama imetokana na jina la ukoo, ndiyo maana ni herufi kubwa, ilhali jina katika maandishi huandikwa kwa herufi ndogo: joule, lakini J. Alama ya Kirusi ni Дж, ya herufi tatu, na nukta haiwekwi baada yake. Viambishi huunganishwa bila nafasi: kJ, MJ, GJ.
Kuandika mzunguko wa nguvu kwa juli ni kosa lililoenea na lenye madhara: viasi ni tofauti hata kama kipimo kinalingana. Kalori na kilowati saa zimebaki katika baadhi ya nyanja kwa uamuzi wa Ofisi ya Kimataifa ya Vipimo na Uzani, lakini katika maandishi ya kisayansi juli hupendelewa. Lebo za vyakula katika Umoja wa Ulaya lazima zitaje kilojuli kwanza, na kilokalori kando yake, ndani ya mabano au katika mstari wa pili.
06 · Vipimo jirani
Juli husimama katikati ya mnyororo: nyutoni ikizidishwa kwa njia hutoa juli, na juli yenyewe ikigawanywa kwa muda hutoa wati.
Katika karatasi jirani za Simetrium: nyutoni na wati pande zote mbili za mnyororo, kalori na kilowati saa kama vipimo vilivyo nje ya SI vya kiasi kilekile, elektronivolti kwa fizikia ya chembe, na erg kutoka mfumo wa CGS.
07 · Sehemu ya kihistoria
Jinsi joto lilivyoacha kuwa dutu
Ilitawala nadharia ya dutu isiyo na uzito inayotiririka kutoka moto kwenda baridi. Ilielezea kupashwa na kupoa vizuri kiasi, lakini haikuweza kujibu joto la msuguano linatoka wapi — na hilo lilitolewa kadiri mtu alivyotaka.
Benjamin Thompson alitazama uchimbaji wa mitutu ya mizinga mjini Munich na kugundua: joto hutolewa kadiri kekee inavyozunguka, bila mpaka wowote. Dutu ingekwisha; kazi haiishi.
Mtengeneza bia kutoka Salford alitundika vizito kwenye kichapuzi chenye mapapi ndani ya tangi la maji na kupima ongezeko la joto kwa usahihi wa mia moja ya nyuzi. Kazi ya uzito uliokuwa ukishuka ilitoa kiwango cha joto kilichobainishwa kwa ukali — kizidishi cha kubadilisha kati ya dunia mbili.
Jina lilipendekezwa na Siemens katika mkutano wa Chama cha Uingereza mwaka 1882, na Kongamano la Kimataifa la Wanaumeme likalithibitisha mwaka 1889, mwanasayansi akiwa bado hai. Mkutano Mkuu wa Vipimo na Uzani ukaifanya juli kuwa kipimo cha nishati, kazi na joto kwa pamoja, na kalori ikabaki jikoni na katika vitabu vya zamani vya shule.
Kipimo ambapo mizani mitatu ilikutana
Jaribio la Joule halikuwa ugunduzi kiasi kilichokuwa kipimo: alipata kizidishi cha kubadilisha kati ya kazi na joto na akakifikisha tarakimu ya tatu kwa vyombo ambavyo ongezeko la joto lilikuwa sehemu ndogo tu ya nyuzi. Usahihi ulitokana na kizuia joto na subira — mfululizo ule ulirudiwa kwa miaka. Baada ya sheria ya kubaki kwa nishati kukubaliwa, kalori haikufafanuliwa tena kwa maji bali kwa juli, na thamani yake ya leo — nne nukta moja nane sita nane — imeamriwa, haikupimwa. Tangu mwaka elfu mbili na kumi na tisa juli imekuwa pia kiasi sahihi kwa jinsi ilivyoundwa: kipimo cha Planck kimewekwa kama namba inayoonyeshwa kwa juli sekunde, na kupitia hicho kilogramu hufafanuliwa. Kipimo cha nishati kimeacha kutegemea dutu yoyote ile, hata maji ambayo kwa kuyapasha kila kitu kilianza siku moja.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya juli imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo — kilogramu, mita na sekunde, ambavyo juli imeundwa navyoVipimo vilivyo nje ya SI
kwa rangi ya udongo — vipimo vya nishati vya mifumo mingineLugha ya karatasi
Lugha 36. Alama J ni ya kimataifa, lakini mazoea hutofautiana: lebo ya Ulaya huweka kilojuli kwanza, ile ya Marekani hutoa kalori tu.