焦耳

焦耳
單位系統SI
單位活力
象徵J
而得名詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule)
轉換
1 j在......等於...
   SI基本單元   kg_ _ _
   CGS單位   1 × 10 7 ERG
   瓦特秒   1 w · s
   千瓦時   2.78 × 10 -7 kw·h
   千瓦式熱化學   2.390 × 10 -4 kcal th
   btus   9.48 × 10 -4 BTU
   電子伏特   6.24 × 10 18 ev

焦耳(發音Jool喬爾符號: j )是國際單位體系(SI)中的能量單位。當牛頓的力量將質量置於該力的方向上一的距離時,它所做的工作量等於所做的工作量。當一個安培的電流通過一個歐姆的電流一秒鐘時,它也是作為熱量消散的能量。它以英國物理學家James Prescott Joule (1818-1889)的名字命名。

定義

SI基本單元具有特殊名稱的SI派生單元而言,焦耳被定義為

象徵意義
J焦耳
公斤公斤
m儀表
s第二
N牛頓
PA帕斯卡
W
C庫侖
V伏特

一個焦耳也可以由以下任何一個定義:

  • 將一個庫侖電荷通過一伏的電勢差或一隻庫侖伏(C·V)移動的電荷所需的工作。這種關係可用於定義伏特。
  • 產生一瓦的動力一秒鐘或一瓦秒(W·S)所需的工作(比較千瓦時,為3.6 megajoules)。這種關係可用於定義瓦特。

焦耳以詹姆斯·普雷斯科特(James Prescott Joule)的名字命名。與每個以某人命名的SI單元一樣,其符號從上案字母(J)開始,但是當完整寫時,它遵循了通用名詞的大寫規則;即,焦耳在句子的開頭和標題中被大寫,但在較低的情況下。

歷史

CGS系統於1881年在第一屆國際電氣代表大會上被宣佈為官方。 ERG於1882年被採用為其能源單位。威廉·西門子(Wilhelm Siemens)在就職典禮演講中擔任英國科學進步協會主席(1882年8月23日),首先提出了焦耳熱量單位單位安培歐姆,在CGS單元中等同於10 7 ERG 。為了紀念James Prescott Joule (1818-1889)的命名,當時退休但仍活著(63歲),是由於西門子的命名:

“我認為,這樣的熱單元,如果發現可以接受的話,可能會被稱為“焦耳”,這是在做出了很多發展動力學理論的人之後。”

在1889年8月31日的第二次國際電氣國會上,焦耳與瓦特(Watt )和象限(後來更名為亨利(Henry))正式採用。朱勒(Joule)於1889年10月11日去世。在第四屆國會(1893年),定義了“國際安培”和“國際歐姆”,其測量規格發生了略有變化,“國際焦耳”是“國際焦耳”從它們得出的單元。

1935年,國際電力技術委員會(作為國際電氣代表大會的繼任組織)採用了“ Giorgi系統”,該系統憑藉假設磁性常數的定義值也暗示了對焦耳的重新定義。 Giorgi系統於1946年獲得國際權重和措施委員會的批准。焦耳現在不再根據電磁單位定義,而是作為一個部隊執行的工作單位(當時尚未命名為牛頓)在1的距離上。焦耳被明確目的是在電磁和機械環境中使用的能量單位。在1948年第九次舉重和措施大會上對定義的批准補充說,在熱量法的背景下,焦耳也應首選為熱量單位,從而正式貶低了對卡路里的使用。該定義是1960年現代國際單位體系中採用的焦耳的直接先驅。

自1946年以來,焦耳的定義是j = kg·m2潑2 −2一直保持不變,但是作為派生單元的焦耳已經繼承了第二個(1960年和1967年)的定義的變化(1983年在1983年)和千克2019年)。

實際例子

一個焦耳表示(大約):

  • 運行的電力量1 W設備用於1 s
  • 加速A所需的能量1公斤質量1 m/s 21 m
  • 一個動能2公斤大眾旅行1 m/s1公斤大眾旅行1.41 m/s
  • 假設蘋果的質量為101.97 g,將蘋果提升1 m所需的能量。
  • 溫度從0°C提高到1°C所需的熱量。
  • 一個人每1/60 s休息時釋放的典型能量17 ms )。
  • 一個動能50 kg人的運動非常緩慢(0.2 m/s或0.72 km/h)。
  • 一個動能56 g網球以6 m/s(22 km/h)移動。
  • 食物能量(kcal)中的一半以上是普通大小的糖晶體( 0.102 mg /晶體)。

倍數

焦耳的Si倍數(J)
潛艇倍數
價值SI符號姓名價值SI符號姓名
10 -1 jDJdecijoule10 1 j達傑Decajoule
10 -2 jCJCentijoule10 2 jHJhectojoule
10 -3 jMJMillijoule10 3 jKJKilojoule
10 -6 jμJMicrojoule10 6 jMJMegajoule
10 -9 j新澤西納米朱爾10 9 jGJGigajoule
10 -12 jPJpicojoule10 12 jTJterajoule
10 -15 j縮略詞Femtojoule10 15 jPJ佩塔朱爾
10 -18 jAJattojoule10 18 jEJExajoule
10 -21 jZJZeptojoule10 21 jZJZettajoule
10 -24 jYJyoctojoule10 24 jYJYottajoule
10 -27 jRJRontojoule10 27 jRJRonnajoule
10 -30 jQJquectojoule10 30 jQJQuettajoule
常見的倍數是大膽的臉
Zeptojoule
160 Zeptojoule大約是一個電子伏特
在室溫左右更改計算中的一些數據所需的最小能量 - 大約2.75 ZJ - 由Landauer限制給出。
納米朱爾
160 Nanojoule是關於飛行蚊子的動能
Microjoule
大型強子對撞機(LHC)每個粒子會產生微孔階(7 TEV)的碰撞。
Kilojoule
大多數國家 /地區的營養食品標籤在Kilojoules(KJ)表達能源。
地球的一平方米接收到在全日光中每秒每秒1.4千射線。衝刺中的人的動能約為3 kJ,而獵豹則在122 km/h (76 mph)Sprint約為20 kJ。一瓦小時的電力是3.6公斤
Megajoule
Megajoule大約是一輛Megagram(Tonne)車輛的動力學能量161 km/h (100 mph)。
加熱所需的能量從0°C(32°F)到100°C(212°F)的恆定壓力下的10升液態水約為4.2 MJ
千瓦小時的電力是3.6 Megajoules
Gigajoule
6 Gigajoule是關於燃燒1桶(159 L)石油化學能。 2 GJ是關於普朗克能量單元的。一兆瓦小時的電力是3.6 Gigajoules
terajoule
terajoule是關於0.278 GWH (通常用於能量表中)。關於小男孩釋放了63 TJ的能量。國際空間站,大約450兆格蘭和軌道速度7700 m/s ,具有大致的動能13 TJ 。 2017年,據估計, Irma颶風的峰值風能為112 TJ 。一個gigawatt小時的電力是3.6 terajoules
佩塔朱爾
210 Petajoule關於50兆噸的TNT,這是有史以來最大的人造爆炸的TSAR BOMBA釋放的能量。一個電動小時的電力是3.6佩塔朱爾
Exajoule
日本的2011Tōhoku地震和海嘯1.41 EJ根據其在矩量尺度上的9.0的額定值。每年的美國能耗大致94 EJ ,世界最終能源消耗是439 EJ在2021年。一個Petawatt小時的電力是3.6 Exajoules
Zettajoule
假設Zettajoule遠遠超過將波羅的海加熱1°C所需的能量,假設具有與純水相似的特性。人類年度世界能源消耗大約是0.5 ZJ 。升高地球大氣溫度1°C的能量大約2.2 ZJ
Yottajoule
假設Yottajoule的特性與純水相似,那麼Yottajoule的量要小一點。太陽的熱輸出大約每秒400 yj

轉換

1焦耳等於(大約除非另有說明):

  • 10 7 ERG (確切)
  • 6.241 509 74 × 10 18 EV
  • 0.2390 CAL (克卡路里)
  • 2.390 × 10 -4 kcal (食品卡路里)
  • 9.4782 × 10 -4 BTU
  • 0.7376 ft·lb (英尺)
  • 23.7 ft·pdl (腳桿)
  • 2.7778 × 10 -7 kw·h (千瓦時)
  • 2.7778 × 10 -4 w·H (瓦小時)
  • 9.8692 × 10 -3 LATM (litre-atmosphere)
  • 11.1265 × 10 -15c 2 (通過質量 - 能量等效

完全根據焦耳定義的單位包括:

  • 1熱化學卡路里= 4.184 j
  • 1個國際桌卡路里= 4.1868 j
  • 1 W·H = 3600 J(或3.6 KJ)
  • 1 kw·h = 3.6 × 10 6 J (或3.6 MJ)
  • 1 w請= 1 j
  • 1 噸tnt = 4.184 GJ
  • 1 敵人= 10 44 j

牛頓 - 米特和扭矩

力學中,的概念(朝某個方向)在扭矩的概念(大約一定角度)中具有一個緊密的類似物:

線性
力量扭矩
大量的慣性的時刻
移位角度

這種相似性的結果是,扭矩的SI單元是牛頓 - 米特(Newton-Metre) ,該單元具有與焦耳相同的尺寸,但它們不可互換。舉重和措施的大會給了能量單位焦耳的名稱,但沒有給出任何特殊名稱的扭矩單位,因此,它只是牛頓- 米特(N·M)(n·m) - 一種從其組成部分得出的化合物名稱部分。將牛頓 - 米特的使用用於扭矩,但焦耳的能量有助於避免誤解和溝通不暢。

在能量是標量數量 - 力向量和位移矢量的點產物的事實中,也可以看到區別。相比之下,扭矩是矢量 - 力矢量和距離向量的交叉產物。扭矩和能量與方程式相互關聯

e為能量的地方, τ是扭矩的(矢量幅度),而θ是角度(弧度)的角度。由於平面角是無量綱的,因此扭矩和能量具有相同的尺寸。

瓦特秒

瓦特秒(符號w sw·s )是派生的能量單位,等效於焦耳。瓦特秒是持續一秒鐘的一的力量的能量。儘管瓦特秒在兩個單位和含義上都等同於焦耳,但在某些情況下,使用“瓦特秒”一詞而不是“ joule”,例如在攝影電子閃存單元的額定值中。