焦耳

焦耳（發音， Jool或喬爾符號： 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米的距離時，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

就SI基本單元和具有特殊名稱的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 瓦 C 庫侖 V 伏特

一個焦耳也可以由以下任何一個定義：

• 將一個庫侖的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），首先提出了焦耳的熱量單位單位安培和歐姆，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米的距離上。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 ²至1 m 。
• 一個動能2公斤大眾旅行1 m/s或1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。
• 將溫度從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

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 。

一千瓦小時的電力是3.6 Megajoules 。

Gigajoule

6 Gigajoule是關於燃燒1桶（159 L）石油的化學能。 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 ^-15 gµ c 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

在力學中，力的概念（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：

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

在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 s或w·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瓦的力量的能量。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。