Joule
Türetilmiş SI birimi · büyüklük: enerji, iş, ısı miktarı
01 · Tanım
Bir newtonluk kuvvetin bir metrelik yolda yaptığı iş. Bir elmayı masadan omuz hizasına kaldırmak için aşağı yukarı bu kadar harcanır.
Tek bir tanım üç büyüklüğe birden hizmet eder: işe, enerjiye ve ısı miktarına. Bu, dikkatsizlikten değil işin özünden böyle çıktı — üçü de kayıpsız ve artıksız birbirine dönüşür. On dokuzuncu yüzyılın ortasına dek ısı ayrı bir madde sayılır ve kaloriyle ölçülürdü, iş ise kilogrammetreyle, ve iki ölçek arasındaki bağı deneyle kurmak gerekiyordu. Joule bu bağın sabit olduğunu gösterdi; ondan sonra ayrı birimler gereksizleşti: enerjinin bütün biçimleri için tek bir joule kaldı, kaldırılmış bir ağırlıktan ısıtılmış suya ve yüklü bir kondansatöre kadar.
İş, kuvvet yer değiştirme boyunca etkidiğinde doğar; moment ise kuvvet kola dik uygulandığında ve hiçbir şeyi yerinden oynatmadığında. Boyut her iki durumda da kilogram çarpı metrekare bölü saniye kare’dir, ama birimler birbirinin yerine konamaz: bir cıvatanın sıkma momenti newtonmetreyle, iş ise joule ile yazılır ve standart bu ayrımı korur. Bir cıvatayı kırk newtonmetreyle sıkan anahtar neredeyse hiç iş yapmamıştır — cıvata çeyrek tur dönmüştür.
02 · Dönüşüm
Joule, kalori, kilovatsaat
Katsayılar tanım gereği kesindir, ama kaloride dikkat gerekir: birkaç tanesi vardır ve üçüncü basamakta ayrılırlar. Tabloda uluslararası olanı kullanılmıştır — dört virgül bir sekiz altı sekiz.
Besin kalorisi aslında bir kilokaloridir, bin küçük kalori, ve Avrupa etiketlemesinde yanında her zaman kilojoule değeri bulunur. Günlük besinin bin beş yüz kilokalorisi altı virgül üç megajoule eder. Uluslararası kalori tam olarak dört virgül bir sekiz altı sekiz joule diye tanımlanmıştır, termokimyasal olanı dört virgül bir sekiz dört diye, ve hesaplarda bu ikisi kimi zaman karıştırılır.
| Birim | Ad | Değer | Nerede karşılaşılır |
|---|---|---|---|
| J | joule, SI birimi | 1 | fizik ve teknik |
| kJ | kilojoule | 0,001 | gıda etiketlemesi |
| MJ | megajoule | 1·10⁻⁶ | ısı tekniği |
| GJ | gigajoule | 1·10⁻⁹ | ısınma faturaları |
| W·h | vatsaat | 2,778·10⁻⁴ | aküler |
| kW·h | kilovatsaat | 2,778·10⁻⁷ | elektrik sayacı |
| cal | uluslararası kalori | 0,2388 | ısı tekniği, eski hesaplar |
| kcal | kilokalori, besin kalorisi | 2,388·10⁻⁴ | gıda etiketleri |
| Gcal | gigakalori | 2,388·10⁻¹⁰ | Rusya'da ısı faturaları |
| erg | erg, CGS sistemi | 1·10⁷ | SI öncesi fizik |
| BTU | İngiliz ısı birimi | 9,478·10⁻⁴ | İngilizce konuşulan ısı tekniği |
| kgf·m | kilogramkuvvet-metre | 0,102 | eski mekanik hesaplar |
Joule, vatsaniye ve newtonmetre aynı şeydir. Kilovatsaat elektrik faturası için daha elverişlidir, çünkü ev aletlerinin gücü vatla, zaman ise saatle ölçülür
03 · Büyüklük mertebeleri
elektronvolttan depremeBir joule — bir metre kaldırılmış elma
04 · Ölçüm aletleri
Enerji neyle ölçülür
Her enerjiyi ısıya çevirip bilinen kütlede suyun ısınmasından ölçmek en kolayıdır. Joule’ün ilk deneyi tam böyle çalışıyordu, ısıtıcılar ve yakıtlar bugün de tam böyle denetleniyor — yalnızca termometreler ve yalıtım değişti.
Akımı gerilimle çarpar ve sonucu zaman içinde biriktirir. İndüksiyon diski devir sayardı, elektronik aygıt örnek sayıyor, ama büyüklük aynı — joule, yalnızca kilovatsaat olarak gösterilmiş; her birine üç buçuk milyon tanesi sığar.
Karartılmış bir plaka ışınımı soğurur ve derecenin binde biri kadar ısınır; içindeki termometre de enerjiyi verir. Bir lazerin gücü, meteoroloji istasyonundaki güneş akısı ve kriyojenik düzeneklerde en zayıf artalan ışınımı böyle ölçülür.
Mermi asılı bir kütleye saplanır ve kütlenin yükseldiği yükseklikten onun kinetik enerjisi hesaplanır. Yöntem birimin kendisinden eskidir ve balistik laboratuvarlarda hâlâ karşılaştırma denetimi olarak kullanılır.
05 · Yazım kuralları
Büyük J, noktasız
Sembol bir soyadından geldiği için büyük harflidir, metindeki ad ise küçük harfle yazılır: joule, ama J. Rusça sembol üç harfli Дж’dir ve ardından nokta konmaz. Ön ekler bitişik yazılır: kJ, MJ, GJ.
Momenti joule ile vermek yaygın ve zararlı bir hatadır: boyut çakışsa da büyüklükler farklıdır. Kalori ve kilovatsaat, Uluslararası Ölçüler ve Ağırlıklar Bürosu’nun kararıyla kimi alanlarda korunur, ama bilimsel yazımda joule yeğlenir. Avrupa Birliği’nde gıda etiketlemesi önce kilojoule’ü, yanında da kilokalorileri, parantez içinde ya da ikinci satırda göstermek zorundadır.
06 · Komşu birimler
Joule bir zincirin ortasında durur: newton yolla çarpılınca onu verir, kendisi de zamana bölününce vatı verir.
Simetrium’un komşu künyelerinde: newton ve watt zincirin iki yanında, kalori ve kilovatsaat aynı büyüklüğün SI dışı birimleri olarak, elektronvolt parçacık fiziği için ve erg CGS sisteminden.
07 · Tarihsel bölüm
Isı nasıl madde olmaktan çıktı
Sıcaktan soğuğa akan ağırlıksız bir madde kuramı egemendi. Isınmayı ve soğumayı fena sayılmayacak biçimde açıklıyordu, ama sürtünmedeki ısının nereden geldiğini söyleyemiyordu — o ısıdan ise istendiği kadar açığa çıkıyordu.
Benjamin Thompson Münih’te top namlularının delinmesini izliyordu ve fark etti: matkap döndüğü sürece ısı açığa çıkıyor, hiçbir sınır olmadan. Bir madde tükenirdi; iş tükenmez.
Salfordlu bir biracı su dolu bir kapta kanatlı karıştırıcıya ağırlıklar astı ve ısınmayı derecenin yüzde biri duyarlılıkla ölçtü. İnen ağırlığın işi kesin olarak belirli bir ısı miktarı veriyordu — iki dünya arasındaki dönüşüm katsayısını.
Adı Siemens 1882’de İngiliz Derneği’nin toplantısında önerdi, Uluslararası Elektrikçiler Kongresi ise 1889’da, bilim insanı henüz hayattayken bunu pekiştirdi. Genel Ölçüler ve Ağırlıklar Konferansı joule’ü aynı anda enerjinin, işin ve ısının birimi yaptı; kalori ise mutfakta ve eski ders kitaplarında kaldı.
Üç ölçeğin buluştuğu birim
Joule’ün deneyi bir keşiften çok bir ölçümdü: iş ile ısı arasındaki dönüşüm katsayısını elde etti ve ısınmanın derecenin kesirleri kadar olduğu aygıtlarda onu üçüncü basamağa dek götürdü. Duyarlılık yalıtımdan ve sabırdan geldi — dizi yıllarca yinelendi. Enerjinin korunumu kabul edildikten sonra kalori artık suyla değil joule ile tanımlandı ve bugünkü değeri — dört virgül bir sekiz altı sekiz — ölçülmüş değil, atanmıştır. İki bin on dokuzdan bu yana joule ayrıca yapısı gereği kesin bir büyüklüktür: Planck sabiti joule-saniye cinsinden bir sayı olarak sabitlenmiştir ve kilogram onun üzerinden tanımlanır. Enerji birimi hiçbir maddeye bağlı olmaktan çıktı; ısıtılmasıyla bir zamanlar her şeyin başladığı suya da.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi temel SI birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve ne tekniğin ne de günlük yaşamın onsuz edemediği sistem dışı birimler. Her birinin kendi sayfası var: tanım, dönüşüm, aletler, yazım kuralları. 32 dilde.
Kendi adı olan türetilmiş SI birimleri
joule künyesi açıkTemel SI birimleri
terrakota ile — joule’ü oluşturan kilogram, metre ve saniyeSI dışı birimler
terrakota ile — başka sistemlerin enerji birimleriKünyenin dili
32 dil. J sembolü uluslararasıdır, ama alışkanlık farklıdır: Avrupa etiketi önce kilojoule’ü koyar, Amerikan etiketi yalnızca kalori verir.