جُول
SI مشتق اکائی · مقدار: توانائی، کام، حرارت کی مقدار
01 · تعریف
ایک نیوٹن قوت کا ایک میٹر راستے پر کیا ہوا کام۔ میز سے سیب اٹھا کر کندھے کی بلندی تک لے جانے میں تقریباً اتنا ہی خرچ ہوتا ہے۔
ایک ہی تعریف بیک وقت تین مقداروں کو سنبھالتی ہے: کام، توانائی اور حرارت کی مقدار۔ یہ لاپروائی سے نہیں بلکہ خود معاملے کی نوعیت سے ہوا — تینوں بغیر نقصان اور بغیر بچت کے ایک دوسرے میں بدلتی ہیں۔ انیسویں صدی کے وسط تک حرارت کو الگ مادّہ سمجھا جاتا اور کیلوری میں ناپا جاتا تھا، کام کلوگرام میٹر میں، اور دونوں پیمانوں کا رشتہ تجربے سے قائم کرنا پڑتا تھا۔ جُول نے دکھایا کہ یہ رشتہ ثابت ہے، اور اُن کے بعد الگ الگ اکائیاں بے کار ہو گئیں: توانائی کی ہر صورت کے لیے ایک ہی جُول رہ گیا، اٹھائے گئے بوجھ سے لے کر گرم پانی اور بھرے ہوئے مکثف تک۔
کام تب بنتا ہے جب قوت نقل مکانی کے ساتھ ساتھ عمل کرے؛ گھماؤ تب، جب قوت بازو کے آڑے لگے اور کچھ بھی نہ ہٹائے۔ ابعاد دونوں صورتوں میں کلوگرام ضرب مربع میٹر تقسیم مربع سیکنڈ ہیں، مگر اکائیاں بدلی نہیں جا سکتیں: بولٹ کسنے کا گھماؤ نیوٹن میٹر میں لکھا جاتا ہے اور کام جُول میں، اور معیار اس فرق کو قائم رکھتا ہے۔ چالیس نیوٹن میٹر گھماؤ سے بولٹ کسنے والے پانے نے کام تقریباً کیا ہی نہیں — بولٹ چوتھائی چکر گھوما۔
02 · تبدیلی
جُول، کیلوری، کلوواٹ گھنٹے
ضرائب تعریف کے اعتبار سے درست ہیں، مگر کیلوری میں احتیاط چاہیے: وہ کئی طرح کی ہیں اور تیسرے ہندسے پر الگ ہو جاتی ہیں۔ جدول میں بین الاقوامی لی گئی ہے — چار اعشاریہ ایک آٹھ چھ آٹھ۔
خوراک کی کیلوری دراصل کلو کیلوری ہے، ہزار چھوٹی کیلوریاں، اور یورپی لیبل پر اس کے ساتھ کلو جُول کی قدر ضرور ہوتی ہے۔ دن بھر کی پندرہ سو کلو کیلوری خوراک چھ اعشاریہ تین میگا جُول ہے۔ بین الاقوامی کیلوری ٹھیک چار اعشاریہ ایک آٹھ چھ آٹھ جُول متعین ہے، حرارتی کیمیائی چار اعشاریہ ایک آٹھ چار، اور حسابوں میں یہ دونوں کبھی کبھی خلط ملط ہو جاتی ہیں۔
| اکائی | نام | قدر | کہاں ملتی ہے |
|---|---|---|---|
| J | جُول، SI اکائی | 1 | طبیعیات اور فن |
| kJ | کلو جُول | 0.001 | خوراک کا لیبل |
| MJ | میگا جُول | 1·10⁻⁶ | حرارتی فن |
| GJ | گیگا جُول | 1·10⁻⁹ | حرارت کے بل |
| W·h | واٹ گھنٹہ | 2.778·10⁻⁴ | بیٹریاں |
| kW·h | کلوواٹ گھنٹہ | 2.778·10⁻⁷ | بجلی کا میٹر |
| cal | بین الاقوامی کیلوری | 0.2388 | حرارتی فن، پرانے حساب |
| kcal | کلو کیلوری، خوراک کی کیلوری | 2.388·10⁻⁴ | اشیا کے لیبل |
| Gcal | گیگا کیلوری | 2.388·10⁻¹⁰ | روس میں حرارت کے بل |
| erg | ارگ، CGS نظام | 1·10⁷ | SI سے پہلے کی طبیعیات |
| BTU | برطانوی حرارتی اکائی | 9.478·10⁻⁴ | انگریزی بولنے والوں کا حرارتی فن |
| kgf·m | کلوگرام قوت میٹر | 0.102 | پرانے میکانی حساب |
جُول، واٹ سیکنڈ اور نیوٹن میٹر ایک ہی چیز ہیں۔ بجلی کے بل کے لیے کلوواٹ گھنٹہ زیادہ موزوں ہے، کیونکہ گھریلو آلات کی طاقت واٹ میں اور وقت گھنٹوں میں ناپا جاتا ہے
03 · مقدار کے درجے
الیکٹران وولٹ سے زلزلے تکایک جُول — ایک میٹر اٹھایا ہوا سیب
04 · پیمائشی آلات
توانائی کس سے ناپی جاتی ہے
کسی بھی توانائی کو حرارت میں بدل کر معلوم کمیت کے پانی کے گرم ہونے سے ناپنا سب سے آسان ہے۔ جُول کا پہلا تجربہ بالکل ایسے ہی چلتا تھا، اور آج بھی ہیٹر اور ایندھن اسی طرح جانچے جاتے ہیں — بدلے ہیں تو صرف تھرمامیٹر اور حرارتی روک۔
یہ برقی رو کو وولٹیج سے ضرب دیتا ہے اور نتیجہ وقت کے ساتھ جمع کرتا جاتا ہے۔ القائی چکری چکر گنتی تھی، برقیاتی آلہ نمونے گنتا ہے، مگر مقدار وہی ہے — جُول، بس کلوواٹ گھنٹوں میں دکھائے گئے، جن میں سے ہر ایک میں پینتیس لاکھ سماتے ہیں۔
کالی کی ہوئی پتری اشعاع جذب کرتی ہے اور درجے کے ہزارویں حصے جتنی گرم ہو جاتی ہے؛ اس میں لگا تھرمامیٹر ہی توانائی بتاتا ہے۔ اسی طرح لیزر کی طاقت، موسمی مرکز پر سورج کا بہاؤ اور انتہائی سرد آلات میں سب سے کمزور پس منظر اشعاع ناپے جاتے ہیں۔
گولی لٹکے ہوئے وزن میں دھنس جاتی ہے، اور وزن جتنی بلندی تک اٹھا اُس سے اُس کی حرکی توانائی نکالی جاتی ہے۔ یہ طریقہ خود اکائی سے پرانا ہے اور آج بھی بیلسٹک تجربہ گاہوں میں معیاری جانچ کا کام دیتا ہے۔
05 · لکھنے کے اصول
بڑا J، بغیر نقطے کے
علامت خاندانی نام سے بنی ہے، اسی لیے بڑے حرف میں ہے، جبکہ متن میں نام چھوٹے حرف سے لکھا جاتا ہے: joule، مگر J۔ روسی علامت تین حروف کی Дж ہے، اور اس کے بعد نقطہ نہیں لگتا۔ لاحقے جڑ کر لکھے جاتے ہیں: kJ، MJ، GJ۔
گھماؤ کو جُول میں لکھنا ایک عام اور نقصان دہ غلطی ہے: ابعاد مل جائیں تب بھی مقداریں الگ ہیں۔ بین الاقوامی دفتر اوزان و پیمائش کے فیصلے سے کیلوری اور کلوواٹ گھنٹہ چند شعبوں میں باقی ہیں، مگر علمی تحریر میں جُول ہی بہتر ہے۔ یورپی یونین میں خوراک کے لیبل پر پہلے کلو جُول لکھنا لازم ہے، اور کلو کیلوری اس کے پہلو میں، قوسین میں یا دوسری سطر میں۔
06 · ہمسایہ اکائیاں
جُول ایک زنجیر کے بیچ میں کھڑا ہے: نیوٹن کو راستے سے ضرب دیں تو وہ نکلتا ہے، اور اسی کو وقت پر تقسیم کریں تو واٹ ملتا ہے۔
Simetrium کے پڑوسی پرچوں میں: نیوٹن اور واٹ زنجیر کے دونوں طرف، کیلوری اور کلوواٹ گھنٹہ اسی مقدار کی SI سے باہر کی اکائیوں کے طور پر، الیکٹران وولٹ ذراتی طبیعیات کے لیے اور erg CGS نظام سے۔
07 · تاریخی حصہ
حرارت نے مادّہ ہونا کیسے چھوڑا
گرم سے سرد کی طرف بہنے والے بے وزن مادّے کا نظریہ چھایا ہوا تھا۔ گرم ہونے اور ٹھنڈا ہونے کی وضاحت وہ خاصی اچھی کرتا تھا، مگر یہ نہ بتا سکا کہ رگڑ کی حرارت کہاں سے آتی ہے — اور وہ جتنی چاہو نکلتی تھی۔
بنجمن تھامسن میونخ میں توپ کی نالیوں کی سوراخ کاری دیکھ رہے تھے اور انہوں نے غور کیا: جب تک برما گھومتا ہے، حرارت بغیر کسی حد کے نکلتی رہتی ہے۔ مادّہ ہوتا تو ختم ہو جاتا؛ کام ختم نہیں ہوتا۔
سالفورڈ کے ایک شراب ساز نے پانی کے حوض میں پنکھڑی دار ہلانے والے سے وزن لٹکائے اور گرمی کو درجے کے سوویں حصے تک ناپا۔ اترتے وزن کا کام سختی سے متعین مقدار میں حرارت دیتا تھا — دو دنیاؤں کے بیچ تبدیلی کا ضریب۔
نام سیمنز نے 1882 میں برٹش ایسوسی ایشن کے اجلاس میں تجویز کیا، اور بین الاقوامی برق کاروں کی کانگریس نے 1889 میں اسے پکا کیا، جب عالم ابھی زندہ تھے۔ اوزان و پیمائش کی عام کانفرنس نے جُول کو بیک وقت توانائی، کام اور حرارت کی اکائی بنا دیا، اور کیلوری باورچی خانے اور پرانی درسی کتابوں میں رہ گئی۔
وہ اکائی جس میں تین پیمانے ملے
جُول کا تجربہ دریافت سے بڑھ کر پیمائش تھا: انہوں نے کام اور حرارت کے بیچ تبدیلی کا ضریب حاصل کیا اور ایسے آلات پر اسے تیسرے ہندسے تک پہنچایا جہاں گرمی درجے کا کچھ حصہ ہی تھی۔ درستی حرارتی روک اور صبر سے آئی — یہ سلسلہ برسوں دہرایا گیا۔ توانائی کے قانونِ بقا کے تسلیم ہونے کے بعد کیلوری کی تعریف پانی سے نہیں بلکہ جُول سے کی گئی، اور اس کی آج کی قدر — چار اعشاریہ ایک آٹھ چھ آٹھ — مقرر کی گئی ہے، ناپی نہیں گئی۔ دو ہزار انیس سے جُول ساخت کے اعتبار سے بھی ٹھیک مقدار بن گیا: پلانک مستقل جُول سیکنڈ میں ظاہر کیے گئے عدد کے طور پر طے ہے، اور اسی سے کلوگرام کی تعریف ہوتی ہے۔ توانائی کی اکائی کسی بھی مادّے پر منحصر نہ رہی — اُس پانی پر بھی نہیں جس کے گرم کرنے سے کبھی سب کچھ شروع ہوا تھا۔
فہرست · پیمائش کی اکائیاں
ہر مقدار کے لیے ایک پرچہ
SI کی سات بنیادی اکائیاں، اپنے ناموں والی بائیس مشتق اکائیاں، اور نظام سے باہر کی وہ اکائیاں جن کے بغیر نہ صنعت چلتی ہے نہ روزمرہ زندگی۔ ہر ایک کا اپنا ورق: تعریف، تبدیلی، آلات، لکھنے کے اصول۔ 36 زبانوں میں۔
اپنے نام والی SI مشتق اکائیاں
جُول کا پرچہ کھلا ہےSI کی بنیادی اکائیاں
مٹیالے رنگ میں — کلوگرام، میٹر اور سیکنڈ، جن سے جُول بنا ہےSI سے باہر کی اکائیاں
مٹیالے رنگ میں — دوسرے نظاموں کی توانائی کی اکائیاںپرچے کی زبان
36 زبانیں۔ علامت J بین الاقوامی ہے، مگر عادت الگ الگ ہے: یورپی لیبل کلو جُول پہلے رکھتا ہے، امریکی صرف کیلوری دیتا ہے۔