Joule (J) je merska enota za energijo, ki se uporablja v mednarodnem sistemu enot (SI), in tista, ki je sprejeta v znanstvenih krogih. Enota se uporablja pri vseh enačbah in izračunih, ki vključujejo energijo. Po konvencijah SI so jouli okrajšani z veliko J, ker je izraz izpeljan iz lastnega imena, čeprav, če je napisan, ni napisan z veliko začetnico. En J je opredeljen kot količina energije, ki jo porabi sila 1 newton, ki premika predmet 1 meter v isto smer kot sila. Newton je sila, potrebna za pospešitev mase 1 kilograma (2.2 funta) s hitrostjo 1 meter (3.3 čevljev) na sekundo na sekundo; zato je pospešek takšen, da se hitrost mase poveča za 1 meter na sekundo z vsako pretečeno sekundo.
Definicija
Zgornja definicija joula se morda zdi zapletena, vendar je prednost enot SI v tem, da omogočajo, da se vse številne stvari, ki bi jih znanstveniki želeli izmeriti, količinsko opredelijo v smislu majhnega števila osnovnih enot. To tudi pomeni, da z vztrajanjem pri teh enotah vsi znanstveniki govorijo isti jezik. Joul naj bi bila izpeljana enota, saj je pridobljena iz osnovnih enot kilogramov, metrov in sekund.
Lahko ga obravnavamo kot newton-meter – sila 1 newton, ki deluje na razdalji 1 metra (3.3 čevljev). Ker je njuton sam po sebi izpeljana enota, je džul mogoče nadalje razčleniti kot metre na kvadrat krat kilograme krat metre na sekundo na sekundo:
J = m2kgs-2
Čeprav je joul 1 newton-meter, se energija običajno ne nanaša na uporabo zadnje enote, da ne bi zamenjali z mersko enoto za navor ali moment sile, ki je povezan z rotacijskim gibanjem.
Sila, delo, energija in moč
Pogosto pride do zmede med temi izrazi in enotami, ki se uporabljajo za njihovo merjenje. Sila je vpliv, ki povzroči spremembo gibanja predmeta; z drugimi besedami, pospešek. Delo je uporaba sile za ustvarjanje gibanja, medtem ko je energija potencial za opravljanje dela in se porablja, ko je delo opravljeno. Na primer, potiskanje predmeta v določeno smer vključuje uporabo sile, ki deluje, energija pa je treba porabiti. Tako delo kot energijo je mogoče izmeriti v joulih.
Moč je hitrost porabe energije in se meri v vatih. Če porabite 1 J energije za eno sekundo, porabite 1 vat moči, torej je 1 vat 1 džul na sekundo. 100-vatna žarnica porabi 100 J energije na sekundo. Poraba električne energije v gospodinjstvu se meri v kilovatnih urah: kilovat je 1,000 vatov, 1 kilovatna ura pa 3,600,000 J.
Primeri
Da bi dobili predstavo o tem, koliko energije je pravzaprav džul, si pomagamo z ogledom nekaj vsakdanjih primerov. Joul je količina energije, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama hladnega, suhega zraka za 1.8 °F (1.0 °C). Povprečna oseba, ki mirno sedi, proizvede 100 J toplote vsako sekundo. Količina energije, potrebna za dvig majhnega jabolka za 1 meter (3.3 čevljev) proti Zemljini gravitaciji, je približno enaka 1 J.
Zgodovina
Enota je dobila ime po angleškem fiziku Jamesu Prescottu Joulu, čigar delo je v 19. stoletju pripeljalo do teorije ohranjanja energije in prvega zakona termodinamike. S svojimi eksperimenti je lahko ugotovil, da se energija pri opravljenem delu spreminja iz ene oblike v drugo, vendar je ni mogoče ustvariti iz nič ali uničiti. Na primer, ko se električna energija uporablja za vrtenje motorja, se del električne energije spremeni v gibanje, preostanek pa v toploto. Dokazal je, da sta gibanje in toplota enakovredna prvotni količini električne energije.