Jun
James Prescott Joule điều hành xưởng bia của gia đình gần Manchester và làm thí nghiệm tại nhà. Năm 1845, ông nhúng một cánh khuấy có bản vào bình nước. Hai quả nặng treo trên dây làm nó quay. Quả nặng hạ xuống, cánh khuấy quay, nước nóng lên.
Độ nóng lên rất nhỏ, chỉ vài phần của một độ. Joule đo nó bằng những nhiệt kế đọc được đến phần trăm độ. Từ thí nghiệm suy ra rằng công và nhiệt là cùng một thứ dưới những dạng khác nhau. Ngày nay công, nhiệt và điện năng có chung một đơn vị là joule. Một joule là công của lực một newton trên quãng đường một mét. Chừng ấy đủ để nâng một quả táo lên một mét.
| Ký hiệu | J |
| Định nghĩa | newton mét · N·m · kg·m²·s⁻² · watt giây |
| Giá trị tham chiếu | 1 cal — 4,184 J · 1 kWh — 3,6 MJ · 1 eV — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| Đưa vào | 1889, Hội nghị Điện học Quốc tế · cho nhiệt: CGPM 1948 |
| Tiêu chuẩn | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| Giá trị điển hình | 1 J — nâng quả táo lên một mét · 400 kJ — ăn một quả táo · 4,184 GJ — một tấn TNT |
01 · Định nghĩa
Một newton trên một mét đường đi
Joule là công mà lực một newton thực hiện khi điểm đặt của nó dời đi một mét theo phương của lực. Theo đơn vị cơ bản SI, đó là kilôgam nhân mét bình phương chia giây bình phương.
Cùng một đơn vị đo mọi dạng năng lượng: động năng, nhiệt năng, điện năng, hóa năng. Một watt trong một giây cũng là một joule. Năng lượng chuyển từ dạng này sang dạng khác, còn tổng thì không đổi. Đó chính là điều thí nghiệm của Joule cho thấy.
Nâng một vật tốn bao nhiêu joule
Một vật được nâng từ sàn lên độ cao do thanh trượt đặt. Phần tô tím trên thước là quãng đường đã đi. Đường nét đứt là một mét. Công bằng trọng lượng nhân độ cao và trở thành năng lượng dự trữ của vật. Nếu thả ra, khi va xuống sàn sẽ giải phóng đúng chừng ấy joule.
Một đại lượng, ba thói quen. Nhà hóa học và chuyên gia dinh dưỡng tính bằng calo: một calo làm một gam nước nóng thêm một độ và bằng 4,184 J. Ngành điện tính bằng kilowatt giờ: thiết bị công suất một kilowatt tiêu thụ 3,6 MJ trong một giờ. Nhà vật lý viết joule. Trên bao bì thực phẩm thường in cả hai con số, kcal và kJ.
Phải thả quả nặng bao nhiêu lần để nước nóng thêm một độ
Hai quả nặng treo trên dây vắt qua ròng rọc. Dây quấn quanh một tang trống làm quay cánh khuấy trong bình đồng chứa nước. Quả nặng hạ xuống 1,6 m, cánh khuấy đánh nước và nước nóng lên. Sau đó quả nặng được kéo lên lại, cánh khuấy được tách ra. Bên phải là nhiệt kế dưới kính lúp, vạch chia 0,01 K. Bên dưới là hai cột: tím là công của quả nặng, cam là nhiệt đã vào nước. Phần xám là hao hụt do ma sát ở ròng rọc và nhiệt thoát ra phòng. Nút «Thả» thả quả nặng một lần, «20 lần» liên tiếp, như Joule đã làm.
Hãy thả quả nặng vài lần và xem nước nóng thêm bao nhiêu.
02 · Quy đổi
| Đơn vị | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«Calo» thực phẩm trên bao bì là kilocalo, 4,184 kJ.
Một kilowatt giờ là 3,6 triệu joule. Chừng ấy là lượng ấm điện dùng để đun sôi một lít nước khoảng mười lần.
Electronvolt là năng lượng của một electron đã đi qua hiệu điện thế một vôn. Nó được dùng cho nguyên tử và photon.
03 · Bậc độ lớn
04 · Dụng cụ đo
05 · Quy tắc viết
06 · Các đơn vị lân cận
07 · Phần lịch sử
Có nhiều loại calo, và loại nào cũng khác. Calo nhiệt hóa học đúng bằng 4,184 J. Calo quốc tế, theo bảng hơi nước, đúng bằng 4,1868 J. Calo mười lăm độ, làm một gam nước nóng từ 14,5 lên 15,5 °C, khoảng 4,1855 J. Chênh lệch dưới một phần trăm, nhưng trong phép tính chính xác thì thấy rõ.
Vì vậy năm 1948, Đại hội Cân đo Quốc tế quyết định đo nhiệt bằng joule và để calo lại phía sau. Joule được định nghĩa qua kilôgam, mét và giây và không phụ thuộc vào tính chất của nước. Chính thí nghiệm của Joule cho 772 foot-pound trên một đơn vị nhiệt Anh, khoảng 4,15 J trên một calo. Mức đó lệch chưa tới một phần trăm so với giá trị ngày nay.
Danh mục đại lượng
toàn bộ chỉ mục →Bảy đơn vị cơ sở của SI
Một giọt axit đổi màu nước ép, muối nhuộm màu ngọn lửa, nước đóng băng sau một cú gõ. Bên dưới là mọi trang của Simetrium, theo ngành và theo thứ tự chữ cái.
Mở chỉ mục →