Džouls (J) ir enerģijas mērvienība, ko izmanto Starptautiskajā vienību sistēmā (SI), un tā ir pieņemta zinātnieku aprindās. Vienību izmanto visos vienādojumos un aprēķinos, kas saistīti ar enerģiju. Saskaņā ar SI konvencijām džouli tiek saīsināti ar lielo J, jo termins ir atvasināts no īpašvārda, lai gan, ja tas ir uzrakstīts, tas netiek rakstīts ar lielo burtu. Viens J tiek definēts kā enerģijas daudzums, ko iztērē 1 ņūtona spēks, kas virza objektu par 1 metru tajā pašā virzienā kā spēks. Ņūtons ir spēks, kas nepieciešams, lai paātrinātu 1 kilogramu (2.2 mārciņas) ar ātrumu 1 metrs (3.3 pēdas) sekundē; tāpēc paātrinājums ir tāds, ka masas ātrums palielinās par 1 metru sekundē ar katru sekundi.
Definīcija
Iepriekš minētā džoula definīcija var šķist sarežģīta, taču SI vienību priekšrocība ir tā, ka tās ļauj kvantitatīvi noteikt visas daudzās lietas, ko zinātnieki varētu vēlēties izmērīt, izmantojot nelielu skaitu bāzes vienību. Tas arī nozīmē, ka, pieturoties pie šīm vienībām, visi zinātnieki runā vienā valodā. Tiek uzskatīts, ka džouls ir atvasināta vienība, jo to iegūst no pamata vienībām kilogrami, metri un sekundes.
To var uzskatīt par ņūtonmetru — 1 ņūtona spēku, kas iedarbojas 1 metra (3.3 pēdu) attālumā. Tā kā ņūtons pats par sevi ir atvasināta vienība, džoulu var sīkāk sadalīt kā metrus kvadrātā reizes kilogramos reizes metros sekundē sekundē:
J = m2kgs-2
Lai gan džouls ir 1 ņūtonmetrs, enerģija parasti netiek apzīmēta, izmantojot pēdējo vienību, lai izvairītos no sajaukšanas ar griezes momenta vai spēka momenta mērvienību, kas ir saistīta ar rotācijas kustību.
Spēks, darbs, enerģija un spēks
Bieži vien ir neskaidrības starp šiem terminiem un to mērīšanai izmantotajām vienībām. Spēks ir ietekme, kas izraisa izmaiņas objekta kustībā; citiem vārdiem sakot, paātrinājums. Darbs ir spēka piepūle, lai radītu kustību, savukārt enerģija ir potenciāls veikt darbu, un tā tiek iztērēta, kad darbs ir paveikts. Piemēram, objekta stumšana noteiktā virzienā ir saistīta ar spēka pielikšanu, kas darbojas, un enerģija ir jāiztērē. Gan darbu, gan enerģiju var izmērīt džoulos.
Jauda ir enerģijas izlietojuma ātrums, un to mēra vatos. Patērējot 1 J enerģijas vienu sekundi, tiek patērēts 1 vats jaudas, tāpēc 1 vats ir 1 džouls sekundē. 100 vatu spuldze patērē 100 J enerģijas sekundē. Mājsaimniecības elektroenerģijas patēriņš tiek mērīts kilovatstundās: kilovats ir 1,000 vati un 1 kilovatstunda ir 3,600,000 XNUMX XNUMX J.
Piemēri
Lai iegūtu priekšstatu par to, cik daudz enerģijas patiesībā ir džouls, ir noderīgi aplūkot dažus ikdienas piemērus. Džouls ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 grama vēsa, sausa gaisa temperatūru par 1.8 °F (1.0 °C). Vidējais cilvēks, kas mierīgi sēž, ik sekundi rada 100 J siltuma. Enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai paceltu mazu ābolu 1 metru (3.3 pēdas) pret Zemes gravitāciju, ir aptuveni vienāds ar 1 J.
vēsture
Vienība ir nosaukta angļu fiziķa Džeimsa Preskota Džoula vārdā, kura darbs 19. gadsimtā noveda pie enerģijas nezūdamības teorijas un pirmā termodinamikas likuma. Ar saviem eksperimentiem viņš varēja noteikt, ka enerģija mainās no viena veida uz otru, kad darbs tiek veikts, bet to nevar radīt no nekā vai iznīcināt. Piemēram, ja elektroenerģiju izmanto, lai pagrieztu motoru, daļa elektriskās enerģijas tiek pārvērsta kustībā, bet pārējā daļa tiek pārvērsta siltumā. Viņš spēja parādīt, ka kustība un siltums bija līdzvērtīgi sākotnējam elektriskās enerģijas daudzumam.