01 · 定義
一牛頓的力在一公尺路程上所做的功。把一個蘋果從桌上舉到肩高，大致就要這麼多。
一個定義同時服務於三個量：功、能量和熱量。這並非出於疏忽，而是事情本身如此——三者互相轉化，既無損耗也無餘數。直到十九世紀中葉，熱還被當作一種特殊的物質，用卡來計量，功則用公斤公尺，兩套標度之間的聯繫必須靠實驗來確定。焦耳證明這一聯繫是恆定的，此後分立的單位便成了多餘：一切形式的能量都只剩一個焦耳，從被舉起的重物到燒熱的水，再到充了電的電容器。
力沿位移方向作用時產生功；力橫加在力臂上而什麼也沒移動時產生力矩。兩者的因次都是公斤乘平方公尺每二次方秒，但單位不可互換：螺栓的扭緊力矩寫作牛頓公尺，功寫作焦耳，標準把這一區別固定下來。一把以四十牛頓公尺擰緊螺栓的扳手幾乎沒有做功——螺栓才轉了四分之一圈。
02 · 換算
焦耳、卡、度電
這些係數按定義是精確的，但對卡要當心：卡有好幾種，第三位數字上就分了家。表中用的是國際卡——四點一八六八。
食品上的卡其實是大卡，一千個小卡，而歐洲標示上它旁邊必定寫着千焦耳的數值。一天一千五百大卡的飲食就是六點三百萬焦耳。國際卡被定義爲恰好四點一八六八焦耳，熱化學卡爲四點一八四，計算裏這兩者有時會被弄混。
| 單位 | 名稱 | 數值 | 常見於何處 |
|---|---|---|---|
| J | 焦耳，SI 單位 | 1 | 物理與工程 |
| kJ | 千焦耳 | 0.001 | 食品標示 |
| MJ | 百萬焦耳 | 1·10⁻⁶ | 熱工 |
| GJ | 十億焦耳 | 1·10⁻⁹ | 供暖賬單 |
| W·h | 瓦特小時 | 2.778·10⁻⁴ | 電池 |
| kW·h | 度電 | 2.778·10⁻⁷ | 電錶 |
| cal | 國際卡 | 0.2388 | 熱工，舊式計算 |
| kcal | 大卡，食品上的大卡 | 2.388·10⁻⁴ | 食品標示 |
| Gcal | 十億卡 | 2.388·10⁻¹⁰ | 俄羅斯的熱費賬單 |
| erg | 爾格，CGS 制 | 1·10⁷ | SI 之前的物理 |
| BTU | 英熱單位 | 9.478·10⁻⁴ | 英語國家的熱工 |
| kgf·m | 公斤力公尺 | 0.102 | 舊式力學計算 |
焦耳、瓦秒和牛頓公尺是同一回事。度電更適合電費賬單，因爲家用電器的功率以瓦計，時間以小時計
03 · 數量級
從電子伏特到地震一焦耳——被舉高一公尺的蘋果
04 · 測量儀器
用什麼測量能量
任何能量最簡單的辦法都是轉成熱，再按已知質量的水的升溫來測。焦耳最初的實驗正是這樣運作的，今天檢定加熱器和燃料也還是這樣——變的只是溫度計和保溫層。
它把電流乘以電壓，再按時間累加。感應式的圓盤數轉數，電子式的數取樣，但量是同一個——焦耳，只是以度電顯示，每一度裏裝着三百五十萬個。
塗黑的薄片吸收輻射，升溫千分之幾度；片中的溫度計便給出能量。雷射的功率、氣象站測到的太陽通量，以及低溫裝置裏最微弱的宇宙背景輻射，都是這樣測出來的。
子彈陷進懸掛的重塊，再由重塊升起的高度算出它的動能。這方法比單位本身還老，至今仍是彈道實驗室裏的參照校驗。
05 · 書寫規則
大寫 J，不加點
符號取自姓氏，因此大寫，而正文中的名稱用小寫：焦耳，符號卻是 J。俄文符號是三個字母的 Дж，後面不加句點。詞頭緊接着寫：kJ、MJ、GJ。
把力矩寫成焦耳是一個流行而有害的錯誤：因次雖然一致，量卻不同。卡和度電按國際度量衡局的決定在個別領域裏保留下來，但科學書寫更傾向於焦耳。歐盟的食品標示必須先寫千焦耳，大卡列在旁邊，放在括號裏或第二行。
07 · 歷史部分
熱是怎樣不再是一種物質的
佔上風的是一種無重量物質由熱流向冷的學說。它把加熱和冷卻解釋得還算不錯，卻答不出摩擦生的熱從何而來——而這種熱要多少有多少。
班傑明·湯普森在慕尼黑觀看炮管鏜孔時注意到：只要鑽頭在轉，熱就不斷放出，毫無止境。物質總會用盡，功卻不會。
索爾福德的一位釀酒師把砝碼掛在水槽裏的槳式攪拌器上，以百分之一度的精度測量升溫。下落重物所做的功給出嚴格確定的熱量——兩個世界之間的換算係數。
這個名稱由西門子在 1882 年英國科學促進會的會議上提出，國際電學家大會 1889 年將其確定下來，那時科學家還在世。國際度量衡大會讓焦耳一舉成爲能量、功和熱的單位，卡則留在了廚房和舊課本里。
三條標度在此匯合的單位
焦耳的實驗與其說是發現，不如說是測量：他得到了功與熱之間的換算係數，並在升溫只有零點幾度的儀器上把它推到第三位數字。精度來自保溫和耐心——這一系列實驗重複了多年。能量守恆被承認之後，卡不再通過水而是通過焦耳來定義，它今天的數值——四點一八六八——是規定的，而不是量出來的。自二〇一九年起，焦耳在構造上也成了精確量：普朗克常數被固定爲一個以焦耳秒錶示的數，公斤則由它定義。能量的單位不再依賴於任何物質，也包括當初一切由之開始的那杯水。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個國際單位制基本單位、二十二個有專名的導出單位，以及工程和日常都離不開的非國際制單位。每個單位一頁：定義、換算、儀器、書寫規則。共 32 種語言。
有專名的 SI 導出單位
焦耳檔案已打開SI 基本單位
赭色者爲公斤、公尺和秒，焦耳由它們構成非國際制單位
赭色者爲其他制式的能量單位檔案語言
32 種語言。符號 J 是國際通用的，習慣卻不同：歐洲標示把千焦耳放在前面，美國標示只給卡。