Jump to content

Джоуль

Послушайте эту статью
(Перенаправлено с Зеттаджоуля )

Джоуль
Интуитивное представление джоуля как работы движущей силы
Общая информация
Система единиц И
Единица энергия
Символ Дж
Назван в честь Джеймс Прескотт Джоуль
Конверсии
1 Дж в ... ... равно...
   Базовые единицы СИ    kg m 2 s −2
   единицы СГС    1 × 10 7 ужасно
   ватт-секунды    1  W s
   киловатт-часы    2.78 × 10 −7  kW⋅h
   килокалории (термохимические)    2.390 × 10 −4 ккал
   БТЕ    9.48 × 10 −4 БТЕ
   электронвольты    6.24 × 10 18 эВ

Джоуль Международной (произносится / ˈ l / , JOOL или / ˈ l / JOWL ; символ: J ) — единица энергии в системе единиц (СИ) . [1] Он равен количеству работы, совершаемой, когда сила в один ньютон смещает массу на расстояние один метр в направлении этой силы. Это также энергия, рассеиваемая в виде тепла, когда электрический ток силой в один ампер проходит через сопротивление в один Ом в течение одной секунды. Он назван в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889). [2] [3] [4]

Определение

[ редактировать ]

В базовых единицах СИ и в производных единицах СИ со специальными названиями джоуль определяется как [5]

Символ Значение
Дж джоуль
кг килограмм
м метр
с второй
Н Ньютон
Хорошо паскаль
В ватт
С кулон
V вольт

Один джоуль также эквивалентен любому из следующих значений: [6]

Джоуль назван в честь Джеймса Прескотта Джоуля . Как и в случае с любой единицей СИ , названной в честь человека, ее символ начинается с заглавной буквы (J), но при написании полностью он соответствует правилам написания заглавных букв для нарицательных существительных ; т. е. джоуль пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном пишется строчными буквами. [7]

Система CGS была официально объявлена ​​в 1881 году на первом Международном электротехническом конгрессе .Эрг Британской был принят в качестве единицы энергии в 1882 году. Вильгельм Сименс в своей инаугурационной речи на посту председателя ассоциации содействия развитию науки (23 августа 1882 года) впервые предложил Джоуль в качестве единицы теплоты , полученной из электромагнитной энергии. единицы Ампер и Ом , в единицах СГС, эквивалентных 10 7 эрг .Название подразделения в честь Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889), находившегося на пенсии, но все еще живого (63 года), связано с Сименсом: [ нужна ссылка ]

«Подобную тепловую единицу, если она будет сочтена приемлемой, я думаю, можно было бы с большим правом назвать Джоулем, в честь человека, который так много сделал для разработки динамической теории тепла». [8]

На втором Международном электротехническом конгрессе 31 августа 1889 года джоуль был официально принят наряду с ваттом и квадрантом ( позже переименованным в генри ). [9] Джоуль умер в том же году, 11 октября 1889 года.На четвертом конгрессе (1893 г.) были определены «международный ампер» и «международный ом» с небольшими изменениями в характеристиках их измерения, причем производной от них единицей стал «международный джоуль». [10]

В 1935 году Международная электротехническая комиссия (как организация-преемница Международного электрического конгресса) приняла « систему Джорджи », которая, предполагая определенное значение магнитной постоянной, также подразумевала переопределение Джоуля. Система Джорджи была одобрена Международным комитетом мер и весов в 1946 году. Джоуль теперь больше не определялся на основе электромагнитной единицы, а вместо этого определялся как единица работы, выполняемая одной единицей силы (в то время еще не называвшейся ньютоном ).на расстоянии 1 метра . Джоуль был явно задуман как единица энергии, которая будет использоваться как в электромагнитном, так и в механическом контексте. [11] Ратификация определения на девятой Генеральной конференции мер и весов в 1948 годудобавил уточнение, что джоуль также должен быть предпочтительным в качестве единицы тепла в контексте калориметрии , тем самым официально отвергнув использование калории . [12] Это определение было прямым предшественником джоуля, принятого в современной Международной системе единиц в 1960 году. [ нужна ссылка ]

Определение джоуля как J = кг⋅м 2 ⋅s −2 осталась неизменной с 1946 года, но джоуль как производная единица унаследовал изменения в определениях секунды (в 1960 и 1967 годах), метра (в 1983 году) и килограмма ( в 2019 году ). [13]

Практические примеры

[ редактировать ]

Один джоуль представляет (приблизительно):

  • Типичная энергия, выделяемая в виде тепла человеком в состоянии покоя каждые 1/60 с (~ 16,6667 мс , скорость основного обмена ); около 5000 кДж (1200 ккал )/день.
  • Количество электроэнергии, необходимое для работы устройства мощностью 1 Вт в течение 1 с .
  • Энергия, необходимая для ускорения тела массой 1 кг со скоростью 1 м/с. 2 на расстоянии 1 м .
  • Кинетическая энергия массы 2 кг, движущейся со скоростью 1 м/с , или массы 1 кг, движущейся со скоростью 1,41 м/с .
  • Энергия, необходимая для поднятия яблока на высоту 1 м при массе яблока 101,97 г.
  • Тепло , необходимое для повышения температуры 0,239 г воды с 0 °С до 1 °С. [14]
  • Кинетическая энергия человека массой 50 кг, движущегося очень медленно (0,2 м/с или 0,72 км/ч).
  • Кинетическая энергия теннисного мяча массой 56 г , движущегося со скоростью 6 м/с (22 км/ч). [15]
  • Пищевая энергия (ккал) содержится чуть более чем в половине кристалла сахара обычного размера ( 0,102 мг /кристалл).

Множители

[ редактировать ]
СИ, кратные джоулю (Дж)
Дробные Множители
Ценить символ СИ Имя Ценить символ СИ Имя
10 −1 Дж диджей дециджоуль 10 1 Дж ага декаджоуль
10 −2 Дж СиДжей сантиджоуль 10 2 Дж хджей гектоджоуль
10 −3 Дж мДж миллиджоуль 10 3 Дж кДж килоджоули
10 −6 Дж мкДж микроджоуль 10 6 Дж МД мегаджоуль
10 −9 Дж Нью-Джерси наноджоули 10 9 Дж ГДж гигаджоули
10 −12 Дж пиДжей пикоджоуль 10 12 Дж Ти Джей тераджоуль
10 −15 Дж фДж фемтоджоуль 10 15 Дж Пи Джей петаджоуль
10 −18 Дж ЭйДжей Атто Джоуль 10 18 Дж EJ эксаджоуль
10 −21 Дж зДж зептоджоуль 10 21 Дж ЗДжей зеттаджоуль
10 −24 Дж yJ йоктоджоуль 10 24 Дж Ю-Джей йоттаджоуль
10 −27 Дж РДж ронто джоуль 10 27 Дж Р.Дж. Роннаджуль
10 −30 Дж qJ кектоджоуль 10 30 Дж QJ кветтаджоуль
Общие кратные выделены жирным шрифтом
зептоджоуль
160 зептоджоулей – это примерно один электронвольт . [ нужна ссылка ]
Минимальная энергия, необходимая для изменения небольшого количества данных при вычислениях при температуре около комнатной – примерно 2,75 зДж – определяется пределом Ландауэра . [ нужна ссылка ]
наноджоуль
160 наноджоулей — это кинетическая энергия летающего комара. [16]
микроджоуль
Большой адронный коллайдер (БАК) производит столкновения порядка микроджоуля (7 ТэВ) на частицу. [ нужна ссылка ]
килоджоули
На этикетках пищевых продуктов в большинстве стран указана энергия в килоджоулях (кДж). [17]
Один квадратный метр Земли получает около 1,4 килоджоуля солнечной радиации каждую секунду при полном дневном свете. [18] Кинетическая энергия человека при спринте составляет около 3 кДж. [19] в то время как у гепарда, разгоняющегося со скоростью 122 км/ч (76 миль в час), энергия составляет примерно 20 кДж. [20] Один ватт-час электроэнергии равен 3,6 килоджоуля . [ нужна ссылка ]
Мегаджоуль
Мегаджоуль примерно равен кинетической энергии транспортного средства в один мегаграмм (тонну), движущегося со скоростью 161 км/ч (100 миль в час). [ нужна ссылка ]
Энергия, необходимая для нагрева 10 л жидкой воды при постоянном давлении от 0 °C (32 °F) до 100 °C (212 °F), составляет примерно 4,2 МДж . [ нужна ссылка ]
Один киловатт-час электроэнергии равен 3,6 мегаджоуля . [ нужна ссылка ]
Гигаджоули
6 гигаджоулей — это химическая энергия сгорания 1 барреля (159 л) нефти . [21] 2 ГДж — это планковская единица энергии . Один мегаватт-час электроэнергии равен 3,6 гигаджоуля . [ нужна ссылка ]
Тераджоуль
Тераджоуль составляет около 0,278 ГВтч (который часто используется в таблицах энергопотребления). Около 63 ТДж энергии было выпущено Little Boy . [22] Международная космическая станция массой около 450 мегаграммов и орбитальной скоростью 7700 м/с . [23] имеет кинетическую энергию примерно 13 ТДж . По оценкам , в 2017 году пиковая энергия ветра урагана Ирма составила 112 ТДж . [24] [25] Один гигаватт-час электроэнергии равен 3,6 тераджоуля . [ нужна ссылка ]
петаджоуль
210 петаджоулей — это около 50 мегатонн в тротиловом эквиваленте, именно такое количество энергии высвободилось в результате « Царь-бомбы» , крупнейшего искусственного взрыва за всю историю. Один тераватт-час электроэнергии равен 3,6 петаджоуля . [ нужна ссылка ]
Эксаджоуль
Землетрясение и цунами Тохоку 2011 года в Японии имели энергию 1,41 ЭДж согласно рейтингу 9,0 по моментной шкале магнитуд . Ежегодное потребление энергии в США составляет примерно 94 ЭДж , а мировое конечное потребление энергии в 2021 году составило 439 ЭДж . [26] Один петаватт-час электроэнергии равен 3,6 эксаджоуля . [ нужна ссылка ]
Зеттаджоуль
Зеттаджоуль несколько больше, чем количество энергии, необходимое для нагрева Балтийского моря на 1 °C, принимая во внимание свойства, аналогичные свойствам чистой воды . [27] человеком Годовое потребление энергии в мире составляет примерно 0,5 ЗДж . Энергия, необходимая для повышения температуры атмосферы Земли на 1 °C, равна примерно 2,2 ЗДж . [ нужна ссылка ]
Йотаджоуль
Йотаджоуль немного меньше количества энергии, необходимой для нагрева Индийского океана на 1 °C, принимая во внимание свойства, аналогичные свойствам чистой воды. [27] Тепловая мощность Солнца составляет примерно 400 ЯДж в секунду. [ нужна ссылка ]

Конверсии

[ редактировать ]

1 джоуль равен (приблизительно, если не указано иное): [ нужна ссылка ]

Единицы, определенные точно в джоулях, включают: [ нужна ссылка ]

  • 1 термохимическая калория = 4,184   Дж [28]
  • 1 Международная таблица калорий = 4,1868   Дж [29]
  • 1   Вт⋅ч = 3600   Дж (или 3,6   кДж)
  • 1  kW⋅h = 3.6 × 10 6 Дж (или 3,6   МДж)
  • 1   Вт⋅с = 1 Дж
  • 1   тонна тротила = 4,184 ГДж
  • 1   враг = 10 44 Дж

Ньютон-метр и крутящий момент

[ редактировать ]

В механике понятие силы (в каком-то направлении) имеет близкий аналог понятию крутящего момента (около некоторого угла): [ нужна ссылка ]

Линейный Угловой
Сила Крутящий момент
Масса Момент инерции
Смещение Угол

Результатом этого сходства является то, что единицей крутящего момента в системе СИ является ньютон-метр , который алгебраически имеет те же размеры, что и джоуль, но они не являются взаимозаменяемыми. Генеральная конференция по мерам и весам дала единице энергии название джоуль , но не дала единице крутящего момента какого-либо специального названия, поэтому это просто ньютон-метр (Нм) – составное название, полученное от его составной части. части. [30] Использование ньютон-метров для крутящего момента и джоулей для энергии помогает избежать недопонимания и недопонимания. [30]

Различие можно увидеть также в том, что энергия является скалярной величиной – скалярным произведением силы вектора и вектора смещения. Напротив, крутящий момент представляет собой вектор – векторное произведение вектора силы и вектора расстояния. Крутящий момент и энергия связаны друг с другом уравнением [ нужна ссылка ]

где E - энергия, τ - крутящий момент ( векторная величина ), а θ - угол стреловидности (в радианах ). Поскольку плоские углы безразмерны, отсюда следует, что крутящий момент и энергия имеют одинаковые размеры. [ нужна ссылка ]

Ватт-секунда

[ редактировать ]

Ватт -секунда (обозначение W⋅s или W⋅s ) — это производная единица энергии, эквивалентная джоулю. [31] Ватт-секунда — это энергия, эквивалентная мощности одного ватта, поддерживаемой в течение одной секунды . Хотя ватт-секунда эквивалентна джоулю как по единицам измерения, так и по значению, в некоторых контекстах вместо «джоуля» используется термин «ватт-секунда», например, в рейтинге фотоэлектронных вспышек . [32]

  1. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 120, ISBN  92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
  2. ^ Словарь английского языка американского наследия , онлайн-издание (2009). Houghton Mifflin Co., организованная Yahoo! Образование .
  3. ^ Словарь американского наследия , второе издание для колледжей (1985). Бостон: Houghton Mifflin Co., стр. 691.
  4. ^ Физический словарь МакГроу-Хилла , пятое издание (1997). McGraw-Hill, Inc., с. 224.
  5. ^ «Руководство NIST по системе СИ, глава 4: Два класса единиц СИ и префиксы СИ» . НИСТ . 28 января 2016 г.
  6. ^ Холлидей, Дэвид ; Резник, Роберт (1974), «Основы физики» (пересмотренная редакция), Нью-Йорк: Wiley, стр. 516–517, ISBN.  0471344311
  7. ^ «Что такое джоуль? - Химическое определение» . МысльКо . Проверено 7 апреля 2024 г.
  8. ^ Сименс, Кэл Вильгельм (август 1882 г.). Отчет пятьдесят второго собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Саутгемптон. стр. 1–33. стр. 6–7: До сих пор за единицу теплоты принимали по-разному: тепло, необходимое для поднятия фунта воды при температуре замерзания на 1 градус по Фаренгейту или Цельсия, или, опять же, тепло, необходимое для поднятия килограмма воды. 1 градус Цельсия. Неудобство столь совершенно произвольной единицы достаточно очевидно, чтобы оправдать введение единицы, основанной на электромагнитной системе, а именно. тепло, выделяемое за одну секунду током в Ампер, протекающим через сопротивление Ома. В абсолютном измерении его значение равно 10. 7 единиц СГС, и, если принять эквивалент Джоуля равным 42 000 000, это количество тепла, необходимое для поднятия 0,238 грамма воды на 1 градус Цельсия, или, приблизительно, на 1 1000 -й части условной единицы фунта воды подняли на 1 градус Фаренгейта и 1 4000 килограмма воды поднялось на 1 градус Цельсия. Я думаю, что такую ​​тепловую единицу, если она окажется приемлемой, можно было бы с большим правом назвать Джоулем, в честь человека, который так много сделал для разработки динамической теории тепла.
  9. ^ Пэт Нотин: Хронологическая история современной метрической системы , metricationmatters.com, 2009.
  10. ^ Материалы Международного электротехнического конгресса . Нью-Йорк: Американский институт инженеров-электриков. 1894.
  11. ^ CIPM, 1946, Резолюция 2, Определения электрических единиц . bipm.org .
  12. ^ 9-я ГКМВ, Резолюция 3: Тройная точка воды; термодинамическая шкала с одной фиксированной точкой; единица количества тепла (джоуль). , bipm.org.
  13. ^ «Переопределение СИ» . НИСТ . 11 мая 2018 г.
  14. ^ «Единицы теплоты – БТЕ, калории и джоули» . Инженерный набор инструментов . Проверено 14 июня 2021 г.
  15. ^ Ристинен, Роберт А.; Краушаар, Джек Дж. (2006). Энергия и окружающая среда (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN  0-471-73989-8 .
  16. ^ «Физика – ЦЕРН» . public.web.cern.ch . Архивировано из оригинала 13 декабря 2012 г.
  17. ^ «Вы говорите калория, мы говорим килоджоуль: кто прав?» . Архивировано из оригинала 15 мая 2023 г. Проверено 2 мая 2017 г.
  18. ^ «Построение составного временного ряда общего солнечного излучения (TSI) с 1978 года по настоящее время» . Архивировано из оригинала 30 августа 2011 г. Проверено 5 октября 2005 г.
  19. ^
  20. ^
  21. ^ «Энергетические единицы – объяснение энергии, ваше руководство к пониманию энергетики – управление энергетической информацией» . www.eia.gov .
  22. ^ Малик, Джон (сентябрь 1985 г.). «Отчет LA-8819: Мощность ядерных взрывов в Хиросиме и Нагасаки» (PDF) . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2009 года . Проверено 18 марта 2015 г.
  23. ^ «Окончательная конфигурация Международной космической станции» (PDF) . Европейское космическое агентство . Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 года . Проверено 18 марта 2015 г.
  24. ^ Бонни Берковиц; Ларис Карклис; Рубен Фишер-Баум; Чики Эстебан (11 сентября 2017 г.). «Анализ: насколько велик ураган Ирма?» . Вашингтон Пост . Проверено 2 ноября 2017 г.
  25. ^ Рэтбоун, Джон-Пол; Фонтанелла-Хан, Джеймс; Ровник, Наоми (11 сентября 2017 г.). «Ослабленная Ирма наносит еще больший ущерб побережью Флориды» . Файнэншл Таймс . Нью-Йорк (Рэтбоун), Майами (Фонтанелла-Хан), Лондон (Ровник). ISSN   0307-1766 . Архивировано из оригинала 4 августа 2024 года . Проверено 11 сентября 2017 г.
  26. ^ Мировой энергетический прогноз 2022 (Отчет). Международное энергетическое агентство. 2022. с. 239 . Проверено 7 сентября 2023 г.
  27. ^ Перейти обратно: а б «Объемы Мирового океана по данным ETOPO1» . noaa.gov . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 19 августа 2020 г. Проверено 8 марта 2022 г.
  28. ^ Принятие джоулей в качестве единиц энергии , Специальный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по энергетике и белкам, 1971. Отчет о переходе от калорий к джоулям в питании.
  29. ^ Фейнман, Ричард (1963). «Физические единицы» . Лекции Фейнмана по физике . Проверено 7 марта 2014 г.
  30. ^ Перейти обратно: а б «Единицы со специальными названиями и символами; подразделения, имеющие специальные названия и символы» . Международное бюро мер и весов . Архивировано из оригинала 28 июня 2009 года . Проверено 18 марта 2015 г. Производную единицу часто можно выразить по-разному, комбинируя базовые единицы с производными единицами, имеющими специальные названия. Джоуль, например, формально может быть записан как ньютон-метр или килограмм-метр в квадрате на секунду в квадрате. Однако это алгебраическая свобода, которая руководствуется физическими соображениями здравого смысла; в конкретной ситуации некоторые формы могут оказаться более полезными, чем другие. На практике применительно к определенным величинам предпочтение отдается использованию определенных специальных названий единиц или комбинаций названий единиц, чтобы облегчить различие между различными величинами, имеющими одинаковую размерность.
  31. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 39–40, 53, ISBN  92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
  32. ^ «Что такое ватт-секунда?» .
[ редактировать ]
  • Словарное определение джоуля в Викисловаре
Послушайте эту статью ( 13 минут )
Продолжительность: 13 минут и 1 секунда.
Разговорная иконка Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 6 марта 2024 г. ( 2024-03-06 ) и не отражает последующие изменения.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 72f76333754432309b0f0ce50856423b__1722796980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/72/3b/72f76333754432309b0f0ce50856423b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Joule - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)