01 · 定义
一牛顿的力在一米路程上所做的功。把一个苹果从桌上举到肩高，大致就要这么多。
一个定义同时服务于三个量：功、能量和热量。这并非出于疏忽，而是事情本身如此——三者互相转化，既无损耗也无余数。直到十九世纪中叶，热还被当作一种特殊的物质，用卡来计量，功则用千克米，两套标度之间的联系必须靠实验来确定。焦耳证明这一联系是恒定的，此后分立的单位便成了多余：一切形式的能量都只剩一个焦耳，从被举起的重物到烧热的水，再到充了电的电容器。
力沿位移方向作用时产生功；力横加在力臂上而什么也没移动时产生力矩。两者的量纲都是千克乘平方米每二次方秒，但单位不可互换：螺栓的拧紧力矩写作牛顿米，功写作焦耳，标准把这一区别固定下来。一把以四十牛顿米拧紧螺栓的扳手几乎没有做功——螺栓才转了四分之一圈。
02 · 换算
焦耳、卡、千瓦时
这些系数按定义是精确的，但对卡要当心：卡有好几种，第三位数字上就分了家。表中用的是国际卡——四点一八六八。
食品上的卡其实是千卡，一千个小卡，而欧洲标签上它旁边必定写着千焦的数值。一天一千五百千卡的饮食就是六点三兆焦。国际卡被定义为恰好四点一八六八焦耳，热化学卡为四点一八四，计算里这两者有时会被弄混。
| 单位 | 名称 | 数值 | 常见于何处 |
|---|---|---|---|
| J | 焦耳，SI 单位 | 1 | 物理与工程 |
| kJ | 千焦 | 0.001 | 食品标签 |
| MJ | 兆焦 | 1·10⁻⁶ | 热工 |
| GJ | 吉焦 | 1·10⁻⁹ | 供暖账单 |
| W·h | 瓦时 | 2.778·10⁻⁴ | 电池 |
| kW·h | 千瓦时 | 2.778·10⁻⁷ | 电表 |
| cal | 国际卡 | 0.2388 | 热工，旧式计算 |
| kcal | 千卡，食品上的大卡 | 2.388·10⁻⁴ | 食品标签 |
| Gcal | 吉卡 | 2.388·10⁻¹⁰ | 俄罗斯的热费账单 |
| erg | 尔格，CGS 制 | 1·10⁷ | SI 之前的物理 |
| BTU | 英热单位 | 9.478·10⁻⁴ | 英语国家的热工 |
| kgf·m | 千克力米 | 0.102 | 旧式力学计算 |
焦耳、瓦秒和牛顿米是同一回事。千瓦时更适合电费账单，因为家用电器的功率以瓦计，时间以小时计
03 · 数量级
从电子伏到地震一焦耳——被举高一米的苹果
04 · 测量仪器
用什么测量能量
任何能量最简单的办法都是转成热，再按已知质量的水的升温来测。焦耳最初的实验正是这样运作的，今天检定加热器和燃料也还是这样——变的只是温度计和保温层。
它把电流乘以电压，再按时间累加。感应式的圆盘数转数，电子式的数采样，但量是同一个——焦耳，只是以千瓦时显示，每一度里装着三百五十万个。
涂黑的薄片吸收辐射，升温千分之几度；片中的温度计便给出能量。激光的功率、气象站测到的太阳通量，以及低温装置里最微弱的宇宙背景辐射，都是这样测出来的。
子弹陷进悬挂的重块，再由重块升起的高度算出它的动能。这方法比单位本身还老，至今仍是弹道实验室里的参照校验。
05 · 书写规则
大写 J，不加点
符号取自姓氏，因此大写，而正文中的名称用小写：焦耳，符号却是 J。俄文符号是三个字母的 Дж，后面不加句点。词头紧接着写：kJ、MJ、GJ。
把力矩写成焦耳是一个流行而有害的错误：量纲虽然一致，量却不同。卡和千瓦时按国际计量局的决定在个别领域里保留下来，但科学书写更倾向于焦耳。欧盟的食品标签必须先写千焦，千卡列在旁边，放在括号里或第二行。
07 · 历史部分
热是怎样不再是一种物质的
占上风的是一种无重量物质由热流向冷的学说。它把加热和冷却解释得还算不错，却答不出摩擦生的热从何而来——而这种热要多少有多少。
本杰明·汤普森在慕尼黑观看炮管镗孔时注意到：只要钻头在转，热就不断放出，毫无止境。物质总会用尽，功却不会。
索尔福德的一位酿酒师把砝码挂在水槽里的桨式搅拌器上，以百分之一度的精度测量升温。下落重物所做的功给出严格确定的热量——两个世界之间的换算系数。
这个名称由西门子在 1882 年英国科学促进会的会议上提出，国际电学家大会 1889 年将其确定下来，那时科学家还在世。国际计量大会让焦耳一举成为能量、功和热的单位，卡则留在了厨房和旧课本里。
三条标度在此汇合的单位
焦耳的实验与其说是发现，不如说是测量：他得到了功与热之间的换算系数，并在升温只有零点几度的仪器上把它推到第三位数字。精度来自保温和耐心——这一系列实验重复了多年。能量守恒被承认之后，卡不再通过水而是通过焦耳来定义，它今天的数值——四点一八六八——是规定的，而不是量出来的。自二〇一九年起，焦耳在构造上也成了精确量：普朗克常数被固定为一个以焦耳秒表示的数，千克则由它定义。能量的单位不再依赖于任何物质，也包括当初一切由之开始的那杯水。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个国际单位制基本单位、二十二个有专名的导出单位，以及工程和日常都离不开的非国际制单位。每个单位一页：定义、换算、仪器、书写规则。共 32 种语言。
有专名的 SI 导出单位
焦耳档案已打开SI 基本单位
赭色者为千克、米和秒，焦耳由它们构成非国际制单位
赭色者为其他制式的能量单位档案语言
32 种语言。符号 J 是国际通用的，习惯却不同：欧洲标签把千焦放在前面，美国标签只给卡。