ژول (Joule - J) برای انرژی، کار (Energy, Work) ( $ \text{J} = \text{N} \cdot \text{m} $ )، در فیزیک (Physics)
انواع واحدها (Unit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ژول (Joule - J) برای انرژی، کار (Energy, Work) ( $ \text{J} = \text{N} \cdot \text{m} $ ) :
Joule یکای انرژی، کار و گرما در سیستم SI است. این واحد به افتخار فیزیکدان انگلیسی، جیمز ژول، نام گذاری شده است. یک ژول برابر است با کار انجام شده توسط نیروی یک نیوتن در جابجایی جسم به اندازه یک متر در جهت نیرو:
\[ 1\,\text{J} = 1\,\text{N} \cdot \text{m} = 1\,\text{kg} \cdot \text{m}^2/\text{s}^2 \].
انرژی به شکل های مختلفی ظاهر می شود: انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل، انرژی گرمایی، انرژی شیمیایی و غیره. همه اینها را می توان بر حسب ژول اندازه گیری کرد.
انرژی جنبشی یک جسم با جرم m و سرعت v برابر با
\[ K = \frac{1}{2}mv^2 \]است. برای مثال، یک خودروی ۱۰۰۰ کیلوگرمی با سرعت ۱۰ متر بر ثانیه (۳۶ کیلومتر بر ساعت) انرژی جنبشی معادل
\[ \frac{1}{2} \times 1000 \times 10^2 = 50000 \]ژول (۵۰ کیلوژول) دارد.
انرژی پتانسیل گرانشی یک جسم در ارتفاع h از سطح زمین برابر با
\[ U = mgh \]است. یک جسم ۲ کیلوگرمی در ارتفاع ۵ متری، انرژی پتانسیل
\[ 2 \times 9.8 \times 5 = 98 \]ژول دارد.
در صنعت برق، از وات-ساعت (Wh) و کیلووات-ساعت (kWh) برای اندازه گیری انرژی مصرفی استفاده می شود. رابطه آن با ژول:
\[ 1\,\text{kWh} = 3.6 \times 10^6\,\text{J} \]. یک لامپ ۱۰۰ واتی اگر ۱۰ ساعت روشن بماند، ۱ کیلووات-ساعت یا ۳.۶ میلیون ژول انرژی مصرف کرده است.
\[ W = \vec{F} \cdot \vec{d} \quad \text{(کار)} \qquad \Delta E = Q - W \quad \text{(قانون اول ترمودینامیک)} \]گرما نیز نوعی انرژی است. یک کالری (cal) برابر با ۴.۱۸۴ ژول است. بنابراین اگر به ۱ گرم آب ۴.۱۸۴ ژول گرما بدهیم، دمای آن ۱ درجه سلسیوس افزایش می یابد.
در فیزیک ذرات، از الکترون ولت (eV) استفاده می شود. رابطه آن با ژول:
\[ 1\,\text{eV} = 1.602 \times 10^{-19}\,\text{J} \]. انرژی یک فوتون نور مرئی حدود ۲ تا ۳ الکترون ولت است.
مثال: انرژی آزاد شده در انفجار بمب اتمی هیروشیما حدود ۶۳ تراژول (
\[ 6.3 \times 10^{13} \]ژول) تخمین زده شده است.
ژول در شیمی برای بیان آنتالپی و انرژی پیوندها به کار می رود. در زیست شناسی، انرژی مورد نیاز بدن انسان از طریق غذا تأمین می شود که بر حسب کیلوکالری (که هر کیلوکالری ≈ ۴۱۸۴ ژول است) اندازه گیری می شود.
در مکانیک کوانتومی، ترازهای انرژی اتم ها بر حسب ژول یا الکترون ولت بیان می شوند. ثابت پلانک (h) حدود
\[ 6.626 \times 10^{-34} \]ژول-ثانیه است.
ژول یکای بسیار کوچکی در مقیاس اتمی اما بسیار بزرگی در مقیاس روزمره نیست. درک اندازه آن با مثال های ساده ممکن است: بلند کردن یک سیب از سطح زمین تا ارتفاع ۱ متر، حدود ۱ ژول انرژی نیاز دارد.
بدون مفهوم انرژی و یکای استاندارد آن (ژول)، پیشرفت در فیزیک، شیمی و مهندسی غیرممکن بود. ژول پلی بین مکانیک، الکتریسیته و ترمودینامیک ایجاد می کند.
