焦耳
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳在曼彻斯特附近经营家族酿酒厂，在家里做实验。1845 年，他把一个带桨叶的搅拌器放进盛水的容器。两个挂在绳上的重物带动它转动。重物下降，桨叶旋转，水慢慢变热。
温度升高得极少，只有零点几度。焦耳用能分辨百分之一度的温度计来测量。实验表明，功和热是同一样东西的不同形式。今天，功、热和电能共用一个单位：焦耳。一焦耳是一牛顿的力在一米路程上所做的功。把一个苹果举高一米，就需要这么多。
| 记号 | J |
| 定义 | 牛顿米 · N·m · kg·m²·s⁻² · 瓦秒 |
| 参考值 | 1 cal — 4.184 J · 1 kWh — 3.6 MJ · 1 eV — 1.602 176 634·10⁻¹⁹ J |
| 引入 | 1889 年，国际电学大会 · 热量单位：CGPM 1948 |
| 标准 | ISO 80000-4 · ISO 80000-5 · SI Brochure 9th ed. |
| 典型值 | 1 J — 把苹果举高一米 · 400 kJ — 吃一个苹果 · 4.184 GJ — 一吨 TNT |
01 · 定义
一牛顿走过一米
焦耳是一牛顿的力使其作用点沿力的方向移动一米时所做的功。用 SI 基本单位表示，就是千克乘米的平方除以秒的平方。
同一个单位可以计量任何能量：动能、热能、电能、化学能。一瓦持续一秒也是一焦耳。能量从一种形式转为另一种形式，总量保持不变。焦耳的实验证明的正是这一点。
举起物体要用多少焦耳
把物体从地面举到滑块设定的高度。直尺上的紫色填充是走过的路程。虚线是一米。功等于重量乘高度，变成物体储存的能量。一旦松手，它撞到地面时会放出同样多的焦耳。
同一个量，三种习惯。化学家和营养师用卡路里：1 卡使 1 克水升高 1 度，等于 4.184 J。电力行业用千瓦时：1 千瓦的电器一小时消耗 3.6 MJ。物理学家写焦耳。食品包装上常常两个数字都有，kcal 和 kJ。
要让重物落下多少次，水才升高一度
两个重物挂在绕过滑轮的绳子上。绳子缠在一个鼓轮上，鼓轮带动盛水铜容器里的搅拌器。重物下降 1.6 m，桨叶搅动水，水就变热。随后脱开搅拌器，把重物重新绞上去。右边是放大镜下的温度计，分度 0.01 K。下面两根柱：紫色是重物做的功，橙色是进入水中的热。灰色部分是滑轮摩擦的损耗和散到房间里的热。“落下”按钮让重物落一次，“20 次”则连续落下，就像焦耳当年那样。
让重物落下几次，看看水能升温多少。
02 · 换算
| 单位 | 数值 | 常见于何处 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
包装上的食品“卡路里”其实是千卡，4.184 kJ。
1 千瓦时是 360 万焦耳。电水壶把一升水烧开大约十次，就用掉这么多。
电子伏特是电子通过一伏电势差后获得的能量。它用于原子和光子。
03 · 数量级
04 · 测量仪器
05 · 书写规则
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
卡路里有好几种，彼此都不一样。热化学卡正好是 4.184 J。来自水蒸气表的国际卡正好是 4.1868 J。使 1 克水从 14.5 °C 升到 15.5 °C 的十五度卡约为 4.1855 J。差别不到百分之一，但在精确计算中看得出来。
因此在 1948 年，国际计量大会决定用焦耳计量热量，把卡路里留在过去。焦耳由千克、米和秒定义，与水的性质无关。焦耳本人的实验得出每英热单位 772 英尺磅，约合每卡 4.15 J。与今天的数值相差不到百分之一。
一滴酸改变果汁的颜色，盐给火焰染色，水被轻敲一下就结冰。下面是 Simetrium 的全部页面，按学科和字母顺序排列。
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