จูล
เจมส์ เพรสคอตต์ จูล ดูแลโรงเบียร์ของครอบครัวใกล้แมนเชสเตอร์และทำการทดลองที่บ้าน ในปี 1845 เขาจุ่มใบกวนแบบมีใบพายลงในภาชนะใส่น้ำ ตุ้มน้ำหนักสองลูกที่ห้อยกับเชือกเป็นตัวหมุนมัน ตุ้มเลื่อนลง ใบพายหมุน น้ำร้อนขึ้น
ความร้อนที่เพิ่มขึ้นน้อยมาก เพียงเศษเสี้ยวขององศา จูลวัดมันด้วยเทอร์มอมิเตอร์ที่อ่านได้ถึงหนึ่งในร้อยขององศา การทดลองแสดงว่างานและความร้อนเป็นสิ่งเดียวกันในรูปที่ต่างกัน ทุกวันนี้งาน ความร้อน และพลังงานไฟฟ้ามีหน่วยเดียวกันคือจูล หนึ่งจูลคืองานของแรงหนึ่งนิวตันบนระยะทางหนึ่งเมตร เท่านี้ก็พอจะยกแอปเปิลขึ้นหนึ่งเมตร
| สัญลักษณ์ | J |
| นิยาม | นิวตันเมตร · N·m · kg·m²·s⁻² · วัตต์วินาที |
| ค่าอ้างอิง | 1 cal — 4.184 J · 1 kWh — 3.6 MJ · 1 eV — 1.602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| เริ่มใช้ | 1889 การประชุมไฟฟ้านานาชาติ · สำหรับความร้อน CGPM 1948 |
| มาตรฐาน | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| ค่าทั่วไป | 1 J — ยกแอปเปิลขึ้นหนึ่งเมตร · 400 kJ — กินแอปเปิลหนึ่งผล · 4.184 GJ — ทีเอ็นทีหนึ่งตัน |
01 · นิยาม
หนึ่งนิวตันบนทางหนึ่งเมตร
จูลคืองานที่แรงหนึ่งนิวตันทำ เมื่อจุดที่แรงกระทำเคลื่อนไปหนึ่งเมตรตามแนวแรง ในหน่วยฐานเอสไอคือกิโลกรัมคูณเมตรกำลังสองต่อวินาทีกำลังสอง
หน่วยเดียวกันนี้ใช้วัดพลังงานทุกรูปแบบ: จลน์ ความร้อน ไฟฟ้า เคมี หนึ่งวัตต์นานหนึ่งวินาทีก็คือหนึ่งจูล พลังงานเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปอีกรูปหนึ่ง แต่ผลรวมยังคงเท่าเดิม นี่คือสิ่งที่การทดลองของจูลแสดงให้เห็น
การยกใช้กี่จูล
วัตถุถูกยกจากพื้นขึ้นสู่ความสูงที่กำหนดด้วยแถบเลื่อน แถบสีม่วงบนไม้บรรทัดคือระยะที่เคลื่อนไป เส้นประคือหนึ่งเมตร งานเท่ากับน้ำหนักคูณความสูง และกลายเป็นพลังงานสะสมของวัตถุ ถ้าปล่อยมือ เมื่อกระทบพื้นจะปล่อยพลังงานออกมาเท่ากันกี่จูลก็เท่านั้น
เป็นปริมาณเดียวในสามธรรมเนียม นักเคมีและนักโภชนาการนับเป็นแคลอรี: หนึ่งแคลอรีทำให้น้ำหนึ่งกรัมร้อนขึ้นหนึ่งองศาและเท่ากับ 4.184 J ฝ่ายพลังงานนับเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง: เครื่องใช้ไฟฟ้าหนึ่งกิโลวัตต์ใช้ 3.6 MJ ในหนึ่งชั่วโมง นักฟิสิกส์เขียนเป็นจูล บนฉลากอาหารมักมีทั้งสองตัวเลข คือ kcal และ kJ
ต้องปล่อยตุ้มกี่ครั้งน้ำจึงร้อนขึ้นหนึ่งองศา
ตุ้มน้ำหนักสองลูกห้อยกับเชือกที่พาดผ่านรอก เชือกพันอยู่บนดรัมที่หมุนใบกวนในภาชนะทองแดงใส่น้ำ ตุ้มเลื่อนลง 1.6 m ใบพายตีน้ำ และน้ำร้อนขึ้น จากนั้นดึงตุ้มกลับขึ้นไปโดยปลดใบกวนออก ด้านขวาเป็นเทอร์มอมิเตอร์ใต้แว่นขยาย ขีดแบ่งละ 0.01 K ใต้นั้นมีแท่งสองแท่ง: สีม่วงคืองานของตุ้ม สีส้มคือความร้อนที่เข้าไปในน้ำ ส่วนสีเทาคือการสูญเสียจากแรงเสียดทานในรอกและความร้อนที่รั่วออกไปในห้อง ปุ่ม «ปล่อย» ปล่อยตุ้มหนึ่งครั้ง «20 ครั้ง» ปล่อยติดกัน แบบที่จูลทำ
ลองปล่อยตุ้มสักสองสามครั้ง แล้วดูว่าน้ำร้อนขึ้นเท่าไร
02 · การแปลงหน่วย
| หน่วย | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«แคลอรี» อาหารบนบรรจุภัณฑ์คือกิโลแคลอรี 4.184 kJ
หนึ่งกิโลวัตต์ชั่วโมงคือ 3.6 ล้านจูล กาต้มน้ำไฟฟ้าใช้ประมาณนี้ในการต้มน้ำหนึ่งลิตรราวสิบครั้ง
อิเล็กตรอนโวลต์คือพลังงานของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนผ่านความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ ใช้กับอะตอมและโฟตอน
03 · อันดับของขนาด
04 · เครื่องมือวัด
05 · กฎการเขียน
06 · หน่วยข้างเคียง
07 · ภาคประวัติ
แคลอรีมีหลายแบบ และแต่ละแบบต่างกัน แบบเทอร์โมเคมีเท่ากับ 4.184 J พอดี แบบสากลจากตารางไอน้ำเท่ากับ 4.1868 J พอดี แคลอรีสิบห้าองศาซึ่งทำให้น้ำหนึ่งกรัมร้อนจาก 14.5 เป็น 15.5 °C ประมาณ 4.1855 J ความต่างไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ แต่ในการคำนวณที่แม่นยำจะเห็นได้
ด้วยเหตุนี้ ในปี 1948 การประชุมใหญ่ว่าด้วยการชั่งตวงวัดจึงตัดสินให้วัดความร้อนเป็นจูลและทิ้งแคลอรีไว้ในอดีต จูลนิยามผ่านกิโลกรัม เมตร และวินาที และไม่ขึ้นกับสมบัติของน้ำ การทดลองของจูลเองได้ 772 ฟุต-ปอนด์ต่อบีทียู หรือประมาณ 4.15 J ต่อแคลอรี ซึ่งต่างจากค่าปัจจุบันไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์
สารบัญปริมาณ
ดัชนีทั้งหมด →หน่วยฐาน SI ทั้งเจ็ด
กรดหยดเดียวเปลี่ยนสีน้ำผลไม้ เกลือย้อมสีเปลวไฟ น้ำแข็งตัวเมื่อถูกเคาะ ข้างใต้คือทุกหน้าของ Simetrium เรียงตามสาขาและตามลำดับอักษร
เปิดดัชนี →