Džoul (J) je jedinica mjere za energiju koja se koristi u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) i prihvaćena u znanstvenim krugovima. Jedinica se koristi u svim jednadžbama i izračunima koji uključuju energiju. Slijedeći SI konvencije, džulovi se skraćuju s velikim J jer je pojam izveden iz vlastitog imena, iako ako je napisan, ne piše se velikim slovom. Jedan J je definiran kao količina energije koju troši sila od 1 njutna pomičući objekt 1 metar u istom smjeru kao i sila. Newton je sila potrebna za ubrzanje mase od 1 kilograma (2.2 funte) brzinom od 1 metar (3.3 stope) u sekundi u sekundi; dakle, ubrzanje je takvo da se brzina mase povećava za 1 metar u sekundi sa svakom sekundom koja prođe.
Definicija
Gornja definicija džula može se činiti kompliciranom, ali prednost SI jedinica je u tome što one omogućuju da se sve mnoge stvari koje bi znanstvenici mogli izmjeriti kvantificirati u smislu malog broja osnovnih jedinica. To također znači da, držeći se ovih jedinica, svi znanstvenici govore istim jezikom. Za džul se kaže da je izvedena jedinica, jer se dobiva iz osnovnih jedinica kilograma, metara i sekunde.
Može se smatrati njutn-metrom – silom od 1 njutna koja djeluje na udaljenosti od 1 metra (3.3 stope). Budući da je njutn sam po sebi izvedena jedinica, džul se može dalje raščlaniti na metre na kvadrat puta kilograme po metar u sekundi u sekundi:
J = m2kgs-2
Iako je džul 1 njutn-metar, energija se obično ne odnosi na korištenje potonje jedinice, kako bi se izbjegla zabuna s jedinicom mjere za moment ili moment sile, koji ima veze s rotacijskim gibanjem.
Sila, rad, energija i moć
Često postoji zbrka između ovih pojmova i jedinica koje se koriste za njihovo mjerenje. Sila je utjecaj koji uzrokuje promjenu gibanja predmeta; drugim riječima, ubrzanje. Rad je naprezanje sile kako bi se proizvelo kretanje, dok je energija potencijal za obavljanje posla, a troši se kada se rad obavi. Na primjer, guranje objekta u određenom smjeru uključuje primjenu sile, koja radi, a energija se mora potrošiti. Rad i energija se mogu mjeriti u džulima.
Snaga je brzina kojom se energija troši i mjeri se u vatima. Korištenjem 1 J energije za jednu sekundu koristi se 1 vat snage, tako da je 1 vat 1 džul u sekundi. Žarulja od 100 W koristi 100 J energije u sekundi. Potrošnja električne energije u kućanstvu mjeri se u kilovat-satima: kilovat je 1,000 vati, a 1 kilovat sat je 3,600,000 J.
Primjeri
Da biste stekli predodžbu o tome kolika je zapravo energija džula, pomaže nam pogledati neke svakodnevne primjere. Džoul je količina energije potrebna da se temperatura 1 grama hladnog, suhog zraka podigne za 1.8°F (1.0°C). Prosječna osoba koja mirno sjedi proizvodi 100 J topline svake sekunde. Količina energije potrebna za podizanje male jabuke 1 metar (3.3 stope) u odnosu na Zemljinu gravitaciju otprilike je ekvivalentna 1 J.
Povijest
Jedinica je dobila ime po engleskom fizičaru Jamesu Prescottu Jouleu, čiji je rad doveo do teorije održanja energije i prvog zakona termodinamike u 19. stoljeću. Svojim je eksperimentima uspio utvrditi da se energija mijenja iz jednog oblika u drugi kada se rad obavi, ali se ne može stvoriti iz ničega niti uništiti. Na primjer, kada se električna energija koristi za okretanje motora, dio električne energije se pretvara u kretanje, a ostatak se pretvara u toplinu. Uspio je pokazati da su gibanje i toplina ekvivalentni izvornoj količini električne energije.