Joule

O joule (JOOL, JOWL; símbolo: J) é a unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades (SI). É igual à quantidade de trabalho realizado quando uma força de 1 newton desloca uma massa por uma distância de 1 metro na direção da força aplicada. É também a energia dissipada na forma de calor quando uma corrente elétrica de um ampère passa por uma resistência de um ohm por um segundo. É nomeado após o físico inglês James Prescott Joule (1818-1889).

Definição

Em termos de unidades de base do SI e em termos de unidades derivadas do SI com nomes especiais, o joule é definido como

$${displaystyle {begin{alignedat}{3}mathrm {J} ;&=~mathrm {kg{cdot }m^{2} }s^{-2}} \[0.7ex]&=~mathrm {N{cdot }m} \[0.7ex]&=~mathrm {Pa{cdot }m^{3}} \[0.7ex] &=~mathrm {W{cdot }s} \0.7ex$$

Símbolo Significado JJ Joule. kg quilograma m O que foi? S Segundo N novato Pai. pascal W watt C Coulão b) V Volt

Um joule também pode ser definido por qualquer um dos seguintes:

• O trabalho necessário para mover uma carga elétrica de um coulomb através de uma diferença potencial elétrica de um volt, ou um coulomb-volt (C⋅V). Esta relação pode ser usada para definir o volt.
• O trabalho necessário para produzir um watt de potência por um segundo, ou um watt-segundo (W⋅s) (compare quilowatt-hora, que é 3,6 megajoules). Esta relação pode ser usada para definir o watt.

O joule recebeu o nome de James Prescott Joule. Tal como acontece com todas as unidades do SI com o nome de uma pessoa, seu símbolo começa com uma letra maiúscula (J), mas quando escrito por extenso segue as regras de capitalização de um substantivo comum; ou seja, "joule" torna-se maiúsculo no início de uma frase e em títulos, mas está em minúsculas.

História

O sistema cgs foi declarado oficial em 1881, no primeiro Congresso Elétrico Internacional. O erg foi adotado como unidade de energia em 1882. Wilhelm Siemens, em seu discurso de posse como presidente da Associação Britânica para o Avanço da Ciência (23 de agosto de 1882), propôs pela primeira vez o Joule como unidade de calor, a ser derivado das unidades eletromagnéticas Ampere e Ohm, em unidades cgs equivalentes a 10⁷ erg. A nomenclatura da unidade em homenagem a James Prescott Joule (1818–1889), na época aposentado, mas ainda vivo (63 anos), deve-se à Siemens:

"Tal unidade de calor, se for considerada aceitável, pode com grande propriedade, acho eu, ser chamado de Joule, depois do homem que fez tanto para desenvolver a teoria dinâmica do calor."

No segundo Congresso Elétrico Internacional, em 31 de agosto de 1889, o joule foi oficialmente adotado juntamente com o watt e o quadrante (posteriormente renomeado para Henry). Joule morreu no mesmo ano, em 11 de outubro de 1889. No quarto congresso (1893), o "ampère internacional" e "internacional ohm" foram definidos, com ligeiras alterações nas especificações para a sua medição, com o "joule internacional" sendo a unidade derivada deles.

Em 1935, a Comissão Eletrotécnica Internacional (como a organização sucessora do Congresso Elétrico Internacional) adotou o "sistema Giorgi", que em virtude de assumir um valor definido para a constante magnética também implicava uma redefinição de o Joule. O sistema Giorgi foi aprovado pelo Comitê Internacional de Pesos e Medidas em 1946. O joule não era mais definido com base na unidade eletromagnética, mas sim como a unidade de trabalho realizada por uma unidade de força (na época ainda não chamada de newton). na distância de 1 metro. O joule foi explicitamente concebido como a unidade de energia a ser usada em contextos eletromagnéticos e mecânicos. A ratificação da definição na nona Conferência Geral de Pesos e Medidas, em 1948, acrescentou a especificação de que o joule também deveria ser preferido como unidade de calor no contexto da calorimetria, depreciando assim oficialmente o uso da caloria. Esta definição foi o precursor direto do joule conforme adotado no moderno Sistema Internacional de Unidades em 1960.

A definição do joule como J = kg⋅m²⋅s⁻² permaneceu inalterada desde 1946, mas o joule como unidade derivada herdou mudanças em as definições do segundo (em 1960 e 1967), do metro (em 1983) e do quilograma (em 2019).

Exemplos práticos

Um joule representa (aproximadamente):

• A quantidade de eletricidade necessária para executar uma 1 dispositivo para 1.
• A energia necessária para acelerar um 1 kg em massa 1 m/s2 através de uma distância 1 m.
• A energia cinética de uma 2 kg em massa viajando em 1 m/sou um 1 kg em massa viajando em 1.41 m/s.
• A energia necessária para levantar um tomate médio até 1 metro (3 pés 3 em), assumindo que o tomate tem uma massa de 101,97 gramas (3.597 oz).
• O calor necessário para elevar a temperatura de 0,239 g de água de 0 °C a 1 °C, ou de 32 °F a 33.8 °F.
• A energia típica liberada como calor por uma pessoa em repouso a cada 1/60 s (17 ms).
• A energia cinética de uma 50 kg humano movendo-se muito lentamente (0,2 m/s ou 0.72 km/h).
• A energia cinética de uma 56 g bola de tênis movendo-se a 6 m/s (22 km/h).
• A energia alimentar (kcal) em ligeiramente mais de metade de um cristal de açúcar (0,102 mg/cristal).

Múltiplos

Zeptojoule

160 horas por dia é sobre um elétronvolto.

A energia mínima necessária para mudar um pouco em torno da temperatura ambiente – aproximadamente 2.75 zJ – é dado pelo limite Landauer.

Nanojoule

160 nanojoule é sobre a energia cinética de um mosquito voador.

Microjoule

O Grande Colisão Hadron (LHC) produz colisões da ordem microjoule (7 TeV) por partícula.

Kilojoule

Os rótulos nutricionais de alimentos na maioria dos países expressam energia em quilojoules (kJ).

Um metro quadrado da Terra recebe sobre 1.4 quilometragem de radiação solar cada segundo em plena luz do dia. Um humano em um sprint tem aproximadamente 3 kJ de energia cinética, enquanto um cheetah em um 122 km/h (76 mph) sprint tem aproximadamente 20 kJ. Uma hora de energia elétrica é 3,6 km.

Megajoule

A megajoule é aproximadamente a energia cinética de um veículo de megagrama (tonne) que se move em 161 km/h (100 mph).

A energia necessária para aquecer 10 L de água líquida a pressão constante de 0 °C (32 °F) a 100 °C (212 °F) é aproximadamente 4.2 MJ.

Um quilowatt-hora de eletricidade é 3.6 megajoules.

Gigajoule

6 gigajoule é sobre a energia química da combustão de 1 barril (159 L) de petróleo. 2 GJ é sobre a unidade de energia Planck. Uma megawatt-hora de eletricidade é 3.6 gigajoules.

Terajoule

A terajoule é sobre 0,278 GWh (que é frequentemente usado em tabelas de energia). Sobre a 63 TJ de energia foi liberada por Little Boy. A Estação Espacial Internacional, com uma massa de aproximadamente 450 megagramas e velocidade orbital de 7700 m/s, tem uma energia cinética de aproximadamente 13 TJ. Em 2017, o furacão Irma foi estimado em ter uma energia eólica máxima 112 TJ. Uma gigawatt-hora de eletricidade é 3.6 terajoules.

Passagens aéreas

210 petajoule é sobre 50 megatons de TNT, que é a quantidade de energia liberada pelo Tsar Bomba, a maior explosão feita pelo homem de sempre. Um terawatt-hora de eletricidade é 3.6 petajoules.

Execução

O terremoto e tsunami de 2011 no Japão tinham 1.41 EJ de energia de acordo com sua classificação de 9,0 na escala de magnitude de momento. O consumo anual de energia dos EUA equivale a aproximadamente 94. Um petawatt-hora de eletricidade é 3.6 exclusões.

Zettajoule

O zettajoule é um pouco mais do que a quantidade de energia necessária para aquecer o mar Báltico por 1 °C, assumindo propriedades semelhantes às de água pura. Consumo de energia mundial anual humano é aproximadamente 0,5 ZJ. A energia para elevar a temperatura da atmosfera terrestre 1 °C é aproximadamente 2.2 ZJ.

Yottajoule

O yottajoule é um pouco menos do que a quantidade de energia necessária para aquecer o Oceano Índico por 1 °C, assumindo propriedades semelhantes às de água pura. A saída térmica do Sol é aproximadamente 400 YJ por segundo.

Conversões

1 joule é igual a (aproximadamente, salvo indicação em contrário):

• 10.⁷Erg (exatamente)
• 6.24150974×10.^18.EV
• 0,2390 cal (digestão de calorias)
• 2.390×10.^-4kcal (gerações alimentares)
• 9.4782×10.^-4BTU
• 0,7576 ft · lb (pound)
• 23.7 ft⋅pdl (poundal pé)
• 2.7778×10.^-7kWh (quilowatt-hora)
• 2.7778×10.^-4Não. (hora de potência)
• 9.8692×10.^-3Não. (litre-atmosfera)
• 11.1265×10.^{- 15.}g (por meio da equivalência de massa-energia)
• 10.^{- Certo.}foe (exatamente)

As unidades definidas exatamente em termos de joule incluem:

• 1 caloria termoquímica = 4.184JJ
• 1 Calórico Internacional da Tabela = 4.1868JJ
• 1W ⋅ = 3600J (ou 3.6)kJ)
• 1k - Sim. 3.6×10.⁶JJ (ou 3.6)MJ)
• 1W⋅s = 1 J
• 1Ton TNT = 4.184 GJ

Newton-metro e torque

Na mecânica, o conceito de força (em alguma direção) tem um análogo próximo ao conceito de torque (em algum ângulo):

Um resultado dessa semelhança é que a unidade SI para torque é o newton-metro, que funciona algebricamente para ter as mesmas dimensões que o joule, mas não são intercambiáveis. A Conferência Geral de Pesos e Medidas deu à unidade de energia o nome joule, mas não deu à unidade de torque nenhum nome especial, portanto, é simplesmente o newton-metro (N⋅m) – um nome composto derivado de suas partes constituintes. O uso de newton-metros para torque e joules para energia é útil para evitar mal-entendidos e falhas de comunicação.

A distinção também pode ser vista no fato de que a energia é uma quantidade escalar – o produto escalar de um vetor de força e um vetor de deslocamento. Em contraste, o torque é um vetor – o produto vetorial de um vetor de força e um vetor de distância. Torque e energia estão relacionados entre si pela equação

$$Não. E=tau theta ,}$$

onde E é a energia, τ é (a magnitude do vetor de) torque e θ é o ângulo varrido (em radianos). Como os ângulos planos são adimensionais, segue-se que o torque e a energia têm as mesmas dimensões.

Watt-segundo

Um watt-segundo (símbolo W s ou W⋅s) é uma unidade derivada de energia equivalente ao joule. O watt-segundo é a energia equivalente à potência de um watt sustentada por um segundo. Enquanto o watt-segundo é equivalente ao joule em ambas as unidades e significado, existem alguns contextos em que o termo "watt-segundo" é usado em vez de "joule", como na classificação de unidades de flash eletrônico fotográfico.