Joule

Joule ⓘ
Ölçü sistemi:	SI türetilmiş birim
Neyin birimi	Enerji
Sembol:	J
İsim kaynak kişisi:	James Prescott Joule
Birim dönüşümleri
1 J	eşittir:
SI ana birimi	1 kg·m2/s2
CGS birimi	1×107 erg
kilowatt saat	2.78×10-7 kW•h
kilokalori	2.39×10-4 kcal
BTU	9.48×10-4 BTU

Joule veya jul (sembolü: J), Uluslararası Birim Sistemi'nde enerji, iş veya ısı miktarından türetilmiş bir ölçü birimidir. Bir metre üzerinden bir newtonluk kuvvet uygulanarak harcanan enerjiye (veya yapılan iş) veya iki ucu arasında bir voltluk gerilim farkı olan bir devre elemanı üzerinden geçen bir amperlik akımınin tükettiği enerjiye eşittir. Adını İngiliz fizikçi James Prescott Joule'dan (1818-1889) almıştır. ⓘ

Öncelikle taban SI birimleri cinsinden ve daha sonra diğer SI birimleri cinsinden şu şekilde ifade edilir:

${\rm {J={}{\rm {{\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{2}}}=N\cdot m={\rm {Pa\cdot m^{3}={}{\rm {W\cdot s=C\cdot V}}}}}}}}$ ⓘ

Burada kg kilogram, m metre, s saniye, N Newton, C coulomb, W watt, Pa pascal ve V volttur. ⓘ

Bir joule ayrıca şu şekilde tanımlanabilir:

• Elektriksel potansiyel farkı yoluyla bir coulombluk bir elektrik yükü taşımak için gerekli olan iştir. Bu ilişki voltu tanımlamak için kullanılabilir.
• Bir saniyede bir wattlık güç üretmek için gerekli olan iştir. Bu ilişki wattı tanımlamak için kullanılabilir. ⓘ

Tanım

İlk olarak temel SI birimleri ve daha sonra diğer SI birimleri açısından bir joule şu şekilde tanımlanır ⓘ

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

Sembol Anlamı ⓘ J joule kg kilogram m metre s ikinci N newton Pa pascal W watt C coulomb V volt

Bir joule aşağıdakilerden herhangi biri ile de tanımlanabilir:

• Bir coulombluk bir elektrik yükünü bir voltluk bir elektrik potansiyel farkı boyunca hareket ettirmek için gereken iş veya bir coulomb-volt (C⋅V). Bu ilişki voltu tanımlamak için kullanılabilir.
• Bir saniye boyunca bir watt güç üretmek için gereken iş veya bir watt-saniye (W⋅s) (kilowatt-saat - 3,6 megajul ile karşılaştırın). Bu ilişki watt'ı tanımlamak için kullanılabilir. ⓘ

Joule adını James Prescott Joule'den almıştır. Bir kişi için isimlendirilen her SI biriminde olduğu gibi, sembolü büyük harfle (J) başlar, ancak tam olarak yazıldığında ortak bir ismin büyük harfle yazılması kurallarına uyar; yani, "joule" cümle başında ve başlıklarda büyük harfle yazılır, ancak bunun dışında küçük harfle yazılır. ⓘ

Tarihçe

CGS sistemi 1881'de ilk Uluslararası Elektrik Kongresi'nde resmi olarak ilan edilmişti. Erg, 1882 yılında enerji birimi olarak kabul edilmiştir. Wilhelm Siemens, İngiliz Bilimin İlerlemesi Derneği'nin başkanı olarak yaptığı açılış konuşmasında (23 Ağustos 1882) ilk kez ısı birimi olarak Joule'ü, elektromanyetik birimler olan Amper ve Ohm'dan türetilmek üzere, 10⁷ erg'e eşdeğer cgs birimleri cinsinden önermiştir. Birimin, o sırada emekli olan ancak hala yaşayan (63 yaşında) James Prescott Joule (1818-1889) onuruna isimlendirilmesi Siemens'e borçludur:

"Böyle bir ısı birimi, eğer kabul edilebilir bulunursa, bence büyük bir isabetle, ısının dinamik teorisini geliştirmek için çok şey yapmış olan bu adamın adıyla Joule olarak adlandırılabilir." ⓘ

İkinci Uluslararası Elektrik Kongresi'nde, 31 Ağustos 1889'da, joule resmi olarak watt ve quadrant (daha sonra henry olarak yeniden adlandırıldı) ile birlikte kabul edildi. Joule aynı yıl, 11 Ekim 1889'da öldü. Dördüncü kongrede (1893), "uluslararası Amper" ve "uluslararası Ohm" tanımlandı, ölçüm özelliklerinde küçük değişiklikler yapıldı ve "uluslararası Joule" bunlardan türetilen birim oldu. ⓘ

1935 yılında Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (Uluslararası Elektrik Kongresi'nin halefi olarak), manyetik sabit için tanımlanmış bir değer varsayması nedeniyle Joule'ün de yeniden tanımlanmasını gerektiren "Giorgi sistemi "ni kabul etti. Giorgi sistemi 1946 yılında Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi tarafından onaylandı. Joule artık elektromanyetik birime dayalı olarak değil, bunun yerine bir kuvvet birimi (o zamanlar henüz newton olarak adlandırılmamıştı) tarafından gerçekleştirilen iş birimi olarak tanımlanıyordu 1 metrelik mesafe boyunca. Joule açıkça hem elektromanyetik hem de mekanik bağlamlarda kullanılacak enerji birimi olarak düşünülmüştür. Tanım 1948'de dokuzuncu Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansında onaylandı, joule'ün kalorimetri bağlamında ısı birimi olarak da tercih edileceğini belirterek kalorinin kullanımını resmen kaldırmıştır. Bu tanım, 1960 yılında modern Uluslararası Birimler Sisteminde kabul edilen joule'ün doğrudan öncüsü olmuştur. ⓘ

J=kg⋅m²⋅s-2 şeklindeki joule tanımı 1946'dan beri değişmeden kalmıştır, ancak türetilmiş bir birim olarak joule, saniye (1960 ve 1967'de), metre (1983'te) ve kilogram (2019'da) tanımlarındaki değişiklikleri miras almıştır. ⓘ

Pratik örnekler

Bir joule (yaklaşık olarak):

• 1 W'lık bir cihazı 1 saniye boyunca çalıştırmak için gereken elektrik miktarı.
• 1 kg'lık bir kütleyi 1 m/s² hızla 1 m'lik bir mesafe boyunca hızlandırmak için gereken enerji.
• 1 m/s hızla hareket eden 2 kg'lık bir kütlenin veya 1,41 m/s hızla hareket eden 1 kg'lık bir kütlenin kinetik enerjisi.
• Domatesin kütlesinin 101,97 gram (3,597 oz) olduğu varsayıldığında, orta boy bir domatesi 1 metre (3 ft 3 inç) yukarı kaldırmak için gereken enerji.
• 0,239 g suyun sıcaklığını 0 °C'den 1 °C'ye veya 32 °F'den 33,8 °F'ye yükseltmek için gereken ısı.
• Hareketsiz bir insan tarafından her 1/60 saniyede (17 ms) ısı olarak salınan tipik enerji.
• Çok yavaş hareket eden 50 kg'lık bir insanın kinetik enerjisi (0,2 m/s veya 0,72 km/s).
• 6m/s (22 km/s) hızla hareket eden 56 g'lık bir tenis topunun kinetik enerjisi.
• Bir şeker kristalinin (0,102 mg/kristal) yarısından biraz daha fazlasında bulunan gıda enerjisi (kcal). ⓘ

Katları

Joule'ün (J) +SI katları ⓘ Submultiples Katları Değer SI sembolü İsim Değer SI sembolü İsim 10-1 J dJ desijoule 101 J daJ decajoule 10-2 J cJ centijoule 102 J hJ hektojoule 10-3 J mJ milijoule 103 J kJ kilojoule 10-6 J µJ mikrojoule 106 J MJ megajoule 10-9 J nJ nanojoule 109 J GJ gigajoule 10-12 J pJ picojoule 1012 J TJ terajoule 10-15 J fJ femtojoule 1015 J PJ petajoule 10-18 J aJ attojoule 1018 J EJ exajoule 10-21 J zJ zeptojoule 1021 J ZJ zettajoule 10-24 J yJ yoctojoule 1024 J YJ yottajoule Ortak katlar kalın harflerle yazılmıştır

Yoctojoule

Yectojoule (yJ) 10-24 joule'e eşittir.

Zeptojoule

Zeptojoule (zJ), bir joule'ün sekstilyonda birine (10-21) eşittir. 160 zJ yaklaşık bir elektronvolttur. Oda sıcaklığında bir miktar değişim için gereken minimum enerji - yaklaşık 2,75 zJ - Landauer limiti ile verilir.

Attojoule

Attojoule (aJ) 10-18 joule'e eşittir.

Femtojoule

Femtojoule (fJ) 10-15 joule'e eşittir.

Picojoule

Pikojoule (pJ) bir joule'ün trilyonda birine (10-12) eşittir.

Nanojoule

Nanojoule (nJ) bir joule'ün milyarda birine (10-9) eşittir. 160 nanojoule uçan bir sivrisineğin kinetik enerjisi kadardır.

Mikrojoule

Mikrojoule (μJ) bir joule'ün milyonda birine (10-6) eşittir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) parçacık başına mikrojoule mertebesinde (7 TeV) çarpışmalar üretir.

Milijoule

Milijoule (mJ), bir joule'ün binde birine (10-3) eşittir.

Kilojoule

Kilojoule (kJ) bin (10³) joule'e eşittir. Çoğu ülkede besin etiketleri enerjiyi kilojul (kJ) cinsinden ifade etmektedir. Dünya'nın bir metre karesi tam gün ışığında her saniye yaklaşık 1,4 kilojul güneş radyasyonu alır. Koşan bir insan yaklaşık 3 kJ kinetik enerjiye sahipken, 122 km/saat (76 mph) koşan bir çita yaklaşık 20 kJ enerjiye sahiptir. Bir watt-saat elektrik 3,6 kilojuldür.

Megajoule

Megajoule (MJ) bir milyon (10⁶) joule veya yaklaşık olarak 161 km/saat (100 mph) hızla hareket eden bir megagram (ton) aracın kinetik enerjisine eşittir. Sabit basınçta 10 L sıvı suyu 0 °C'den (32 °F) 100 °C'ye (212 °F) ısıtmak için gereken enerji yaklaşık 4,2 MJ'dir. Bir kilovat-saat elektrik 3,6 megajuldür.

Gigajoule

Gigajoule (GJ) bir milyar (10⁹) joule'e eşittir. 6 GJ, 1 varil (159 l) petrolün yakılmasıyla elde edilen kimyasal enerjiye eşittir. 2 GJ yaklaşık Planck enerji birimidir. Bir megawatt-saat elektrik 3,6 gigajoule'dür.

Terajoule

Terajoule (TJ) bir trilyon (10¹²) joule'e eşittir; ya da yaklaşık 0.278 GWh (enerji tablolarında sıklıkla kullanılır). Little Boy tarafından yaklaşık 63 TJ enerji açığa çıkarılmıştır. Yaklaşık 450 megagramlık kütlesi ve 7700 m/s'lik yörünge hızıyla Uluslararası Uzay İstasyonu yaklaşık 13 TJ'lik bir kinetik enerjiye sahiptir. 2017 yılında Irma Kasırgası'nın en yüksek rüzgar enerjisinin 112 TJ olduğu tahmin edilmektedir. Bir gigawatt-saat elektrik 3,6 terajoule'dür.

Petajoule

Petajoule (PJ) bir katrilyon (10¹⁵) joule'e eşittir. 210 PJ yaklaşık 50 megaton TNT'ye eşittir ki bu da gelmiş geçmiş en büyük insan yapımı patlama olan Çar Bomba'nın açığa çıkardığı enerji miktarıdır. Bir terawatt-saat elektrik 3,6 petajuldür.

Exajoule

Exajoule (EJ) bir kentilyon (10¹⁸) joule'e eşittir. Japonya'daki 2011 Tōhoku depremi ve tsunamisi, moment büyüklüğü ölçeğinde 9.0 derecesine göre 1.41 EJ enerjiye sahipti. ABD'nin yıllık enerji tüketimi yaklaşık 94 EJ'dür. Bir petawatt-saat elektrik 3,6 exajoule'dür.

Zettajoule

Zettajoule (ZJ) bir sekstilyon (10²¹) joule'e eşittir. Saf suyun özelliklerine benzer özellikler varsayıldığında, Baltık denizini 1 °C ısıtmak için gereken enerji miktarından biraz daha fazladır. İnsanların yıllık dünya enerji tüketimi yaklaşık 0,5 ZJ'dür. Dünya atmosferinin sıcaklığını 1 °C yükseltmek için gereken enerji yaklaşık 2,2 ZJ'dir.

Yottajoule

Yottajoule (YJ) bir septilyon (10²⁴) joule'e eşittir. Saf suyun özelliklerine benzer özellikler varsayıldığında, Hint Okyanusu'nu 1 °C ısıtmak için gereken enerji miktarından biraz daha azdır. Güneş'in termal çıktısı saniyede yaklaşık 400 YJ'dir. ⓘ

For additional examples, see: Orders of magnitude (energy) ⓘ

:Şablon:SI multiples ⓘ

Nanojoule

Nanojoule (nJ) bir joule’un milyarda birine eşittir. Bir nanojoule uçan bir sivrisineğin kinetik enerjisinin 1/160 ile ilgilidir. ⓘ

Microjoule

Microjoule (μJ) bir joule’un milyonda birine eşittir.Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (LHC) çarpışmalar sırasında parçacık başına 1 Microjoule (7 TeV) üretmesi bekleniyor. ⓘ

Milijoule

Milijoule (mJ) bir joule’un binde birine eşittir. ⓘ

Kilojoule

Kilojoule (kJ) bin (10^3) joule’a eşittir. Bazı ülkelerde besin gıda standart enerji değerleri kilojoules (kJ)cinsindendir. Bir kilojoule saniyede (1 kilovat) tam gün ışığında Dünya'nın bir metrekare tarafından alınan güneş radyasyonunun yaklaşık miktarıdır. ⓘ

Megajul

Megajul (MJ) bir milyon (10^6) joule, ya da yaklaşık olarak 160 km / saat (100 mil)le hareket eden bir tonluk bir aracın kinetik enerjisine eşittir. ⓘ

Gigajoule

GigaJoule (GJ) bir milyar (10^9) joule’a eşittir. 6 GJ, yanmış bir varil yağın potansiyel kimyasal enerji miktarına eşittir. ⓘ

Terajoule

Terajoule (TJ), bir trilyon (10^12) joule’a eşittir.Yaklaşık 63 TJ enerji Hiroşima'da patlyan bir atom bombası tarafından serbest bırakıldı. ⓘ

Petajoule

Petajoule (PJ), bir katrilyon (10^15) joule eşittir. 210 PJ yaklaşık 50 megatona eşdeğerdir. Bu enerji şimdiye kadarki en büyük insan yapımı nükleer Tsar Bomba'nın patlası sonucunda yayılan enerji miktarına eşittir. ⓘ

Exajoule

Exajoule (EJ), bir kentilyon (10^18) joule’a eşittir. Japonya'da 2011 Tohoku depremi ve tsunamiden 1.41 EJ enerjiye sahipti. ABD de bir yılda kullanılan enerji yaklaşık 94 EJdir. ⓘ

Zettajoule

Zettajoule (ZJ) bir sekstilyon (10^21) joule’a eşittir. Yıllık küresel enerji tüketimini yaklaşık 0,5 ZJ olduğu tahmin ediliyor. ⓘ

Yottajoule

Yottajoule (YJ) bir septillion (10^24) joule’a eşittir. Bu, yaklaşık 1 °C ile yeryüzündeki suyun tüm hacmini ısıtmak için gereken enerji miktarıdır. ⓘ

Dönüşümler

1 joule şuna eşittir (aksi belirtilmedikçe yaklaşık olarak):

• 10⁷ erg (tam olarak)
• 6.24150974×10¹⁸ eV
• 0,2390 cal (gram kalori)
• 2.390×10-4 kcal (gıda kalorisi)
• 9.4782×10-4 BTU
• 0,7376 ft⋅lb (foot-pound)
• 23,7 ft⋅pdl (foot-poundal)
• 2,7778×10-7 kW⋅h (kilovat-saat)
• 2,7778×10-4 W⋅h (watt-saat)
• 9,8692×10-3 latm (litre-atmosfer)
• 11,1265×10-15 g (kütle-enerji eşdeğerliği yoluyla)
• 10-44 düşman (tam olarak) ⓘ

Tam olarak joule cinsinden tanımlanan birimler şunlardır:

• 1 termokimyasal kalori = 4.184 J
• 1 Uluslararası Sofra kalorisi = 4,1868 J
• 1 W⋅h = 3600 J (veya 3,6 kJ)
• 1 kW⋅h = 3,6×10⁶ J (veya 3,6 MJ)
• 1 W⋅s = 1 J
• 1 ton TNT = 4,184 GJ ⓘ

Newton-metre ve tork

Mekanikte, kuvvet kavramının (bir yönde) tork kavramında (bir açı hakkında) yakın bir benzeri vardır:

Doğrusal	Açısal ⓘ
Kuvvet	Tork
Kütle	Atalet momenti
Yer Değiştirme	Açı

Bu benzerliğin bir sonucu olarak tork için SI birimi newton-metre olup, cebirsel olarak joule ile aynı boyutlara sahiptir, ancak birbirlerinin yerine kullanılamazlar. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı enerji birimine joule adını vermiş, ancak tork birimine özel bir ad vermemiştir, bu nedenle basitçe newton-metre (N⋅m) olarak adlandırılmıştır - bu, onu oluşturan parçalardan türetilmiş bir bileşik addır. Tork için newton-metre ve enerji için joule kullanımı, yanlış anlamaları ve iletişimsizliği önlemek için yararlıdır. ⓘ

Ayrım, enerjinin skaler bir miktar olduğu gerçeğinde de görülebilir - bir kuvvet vektörü ile bir yer değiştirme vektörünün nokta çarpımı. Buna karşın, tork bir vektördür - bir kuvvet vektörü ile bir mesafe vektörünün çapraz çarpımı. Tork ve enerji birbirleriyle şu denklemle ilişkilidir

$$E=\tau \theta \,,$$

ⓘ

Burada E enerji, τ (torkun vektör büyüklüğü) ve θ süpürülen açıdır (radyan cinsinden). Düzlem açıları boyutsuz olduğundan, tork ve enerjinin aynı boyutlara sahip olduğu sonucuna varılır. ⓘ

Watt-saniye

Watt-saniye (sembol W s veya W-s), joule'e eşdeğer türetilmiş bir enerji birimidir. Watt-saniye, bir saniye boyunca devam eden bir watt gücüne eşdeğer enerjidir. Watt-saniye hem birim hem de anlam olarak joule'e eşdeğer olsa da, fotoğrafik elektronik flaş ünitelerinin derecelendirilmesinde olduğu gibi "joule" yerine "watt-saniye" teriminin kullanıldığı bazı bağlamlar vardır. ⓘ