Džul

Džul (engl. joule;^[1][2][3] simbol: J; takođe njutn metar, vat sekund ili kulon volt) je SI jedinica za energiju i rad.^[4] Nazvana je po fizičaru Džejmsu Preskotu Džulu (1818—1889).

Džul je jednak energiji koja se prenosi na (ili rad) kada na objekat deluje sila od jednog njutna u pravcu kretanja sile na rastojanju od jednog metra (1 njutn-metar ili N⋅m). To je takođe energija koja se rasipa kao toplota kada električna struja od jednog ampera prođe kroz otpor od jednog oma za jednu sekundu. Ime je dobio po engleskom fizičaru Džejmsu Preskotu Džulu (1818–1889).^[5][6][7]

U smislu najpre osnovnih SI jedinica, a zatim u smislu drugih SI jedinica, džul se definiše kao

${\displaystyle {\text{J}}={\frac {{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{2}}{{\text{s}}^{2}}}={\text{N}}{\cdot }{\text{m}}={\text{Pa}}{\cdot }{\text{m}}^{3}={\text{W}}{\cdot }{\text{s}}={\text{C}}{\cdot }{\text{V}}={\text{Ω}}{\cdot }{\text{A}}^{2}{\cdot }{\text{s}},}$

gde je

Cgs sistem je proglašen zvaničnim 1881. godine, na prvom Međunarodnom kongresu elektrotehnike. Erg je usvojen kao jedinica za energiju 1882. Vilhelm Simens je u svom inauguracionom govoru kao predsedavajući Britanske asocijacije za unapređenje nauke (23. avgusta 1882) prvi predložio džul kao jedinicu toplote, koja se izvodi iz elektromagnetnih jedinica amper i om, u cgs jedinicama ekvivalentnim sa 7000100000000000000♠10⁷ erg. Naziv jedinice dat u čast Džejmsa Preskota Džula (1818–1889), u to vreme penzionisanog, koji je tada imao 63 godine, po Simensovom predlogu:

„Takva toplotna jedinica, ako se smatra prihvatljivom, mogla bi se sa velikom ispravnošću, po mom mišljenju, nazvati džul, po čoveku koji je toliko učinio da razvije dinamičku teoriju toplote.“^[8]

Na drugom Međunarodnom kongresu elektrotehnike, 31. avgusta 1889, džul je zvanično usvojen uz vat i kvadrant (kasnije preimenovan u henri).^[9] Džul je preminuo iste godine, 11. oktobra 1889. Na četvrtom kongresu (1893) definisani su „međunarodni amper“ i „međunarodni om“, uz neznatne promene u specifikacijama za njihovo merenje, pri čemu je „međunarodni džul“ jedinica izvedena iz njih.

Godine 1935. Međunarodna elektrotehnička komisija (kao organizacija naslednica Međunarodnog električnog kongresa) usvojila je „Džordžijev sistem“, koji je na osnovu pretpostavke definisane vrednosti za magnetnu konstantu podrazumevao i redefinisanje džula. Džordžijev sistem je odobrio Međunarodni komitet za tegove i mere 1946. Džul sada više nije bio definisan na osnovu elektromagnetne jedinice, već kao jedinica rada koju obavlja jedna jedinica sile (u to vreme još nije bila nazvana njutn) na udaljenosti od 1 metar. Džul je izričito zamišljen kao jedinica energije koja se koristi u elektromagnetnom i u mehaničkom kontekstu.^[10] Ratifikacija definicije na devetoj Generalnoj konferenciji za tegove i mere, 1948. godine, dodala je specifikaciju da džul takođe treba da bude poželjan kao jedinica toplote u kontekstu kalorimetrije, čime se zvanično zastareva upotreba kalorija.^[11] Ova definicija je bila direktna preteča džula koji je usvojen u modernom Međunarodnom sistemu jedinica 1960. godine.

Definicija džula kao J=kg⋅m²⋅s⁻² ostala je nepromenjena od 1946. godine, ali je džul kao izvedena jedinica nasledio promene u definicijama sekunde (1960. i 1967), metra (1983) i kilograma (2019).

Jedan džul predstavlja (približno):

• Količina električne energije potrebna za 7000100000000000000♠1 W uređaj tokom 7000100000000000000♠1 s.
• Energija potrebna za ubrzanje mase od 7000100000000000000♠1 kg pri 7000100000000000000♠1 m/s² na rastojanju od 7000100000000000000♠1 m.
• Kinetička energija mase od 7000200000000000000♠2 kg koja putuje brzinom od 7000100000000000000♠1 m/s.
• Energija potrebna da se paradajz srednje veličine podigne na 1 m (3 ft 3 in), pod pretpostavkom da paradajz ima masu od 101,97 g (3,597 oz).
• Toplota potrebna za podizanje temperature 0,239 g vode sa 0 °C na 1 °C, ili sa 32 °F na 33,8 °F.^[12]
• Tipična energija koju osoba u mirovanju oslobađa u obliku toplote svakih 1/60 s (6998170000000000000♠17 ms).^{[note 1]}
• Kinetička energija čoveka od 7001500000000000000♠50 kg koji se kreće veoma sporo (0,2 m/s (0,72 km/h)).
• Kinetička energija teniske loptice mase 6998560000000000000♠56 g koja se kreće brzinom od 6 m/s (22 km/h).^[13]
• Energija hrane (kcal) u nešto više od polovine kristala šećera (6993101999999999999♠0,102 mg/kristal).

1 džul = 1 N · 1 m = 1 njutn · 1 metar = 1 kg · 1 m² · 1 s²

1 džul = 1 C · 1 V = 1 kulon · 1 volt

1 džul = 1 W · 1 s = 1 vat · 1 sekunda

Jedan džul je rad koji izvrši sila od jednog njutna na putu od jednog metra; tako se sreću i izrazi njutn metar ili njutn-metar, simboli N·m ili N m. Međutim, da bi se izbegla zabuna, njutn metar se najčešće koristi kao mera momenta sile, a ne energije.

Na drugi način predstavljen, jedan džul je rad potreban da se na površini Zemlje podigne masa od oko 102 g (npr. mala jabuka) za jedan metar.

Takođe, jedan džul je rad potreban da se prenese naelektrisanje od jednog kulona kroz električnu potencijalnu razliku od jednog volta.

Jedan džul predstavlja i rad koji izvrši u jednoj sekundi mašina snage jednog vata.

1 džul je:

• ≈ 2,78 × 10⁻⁷ kW·h (kilovat čas)
• ≈ 0,239 cal (kalorija)
• ≈ 0,000 948 BTU (Britanska toplotna jedinica)
• ≈ 0,738 ft·lbf (stopa funtna sila)
• = 1 W·s (vat sekund)
• = 1 N·m (njutn metar)
• ≈ 23,7 ft·pdl (stopa funtal)
• = 10.000.000 erg (erg)

Kilodžul (skraćeno: kJ) je jedinica za energiju jednaka 1000 džula.

• Jedan kJ je rad koji mašina snage jednog kilovata izvrši za jednu sekundu.
• Jedan kJ je potrebno da se istopi 3 grama leda na 0 °C
• Otprilike jedan kJ rada se izvrši kada se 100 kilograma podigne za jedan metar na Zemljinoj površini (ili ako se jedan kilogram podigne 100 metara).
• Jedan kJ je jednak 5/18 (otprilike 0,2778) vat časova

Megadžul (skraćeno: MJ) je jedinica za energiju jednaka 1.000.000 tj. 10⁶ džula.

• Jedan MJ je približna vrednost rada koju izvrši mašina snage jednog kilovata za petnaest minuta.
• Jedan MJ je dovoljno da istopi 3 kilograma leda na 0 °C
• Jedan MJ je jednak 5/18 (otprilike 0,2778) kilovat časova
• Jedan MJ je približna hranljiva vrednost pola litre soka od narandže.

1 džul je jednak (približno osim ako nije drugačije navedeno):

• 7000100000000000000♠10⁷ erg (tačno)
• 7000100000001488094♠6,24150974×10¹⁸ eV
• 6999999976000000000♠0,2390 cal (gram kalorija)
• 6999999976000000000♠2,390×10⁻⁴ kcal (dijetarnih kalorija)
• 7000100000303823028♠9,4782×10⁻⁴ BTU
• 6999737600000000000♠0,7376 ft⋅lb (stopa-funta)
• 6999998720609223173♠23,7 ft⋅pdl (stopa-funtal)
• 6993277780000000000♠2,7778×10⁻⁷ kW⋅h (kilovat-sat)
• 6996277780000000000♠2,7778×10⁻⁴ W⋅h (vat-sat)
• 6999999996690000000♠9,8692×10⁻³ l⋅atm (litra-atmosfera)
• 6983111265000000000♠11,1265×10⁻¹⁵ g (putem ekvivalencije mase i energije)
• 7000100000000000000♠10⁻⁴⁴ foe (tačno)

Jedinice definisane tačno u smislu džula uključuju:

• 1 termodinamička kalorija = 4,184 J^[14]
• 1 međunarodna tabelarna kalorija = 4,1868 J^[15]
• 1 W⋅h = 3600 J (ili 3,6 kJ)
• 1 kW⋅h = 7006360000000000000♠3,6×10⁶ J (ili 3,6 MJ)
• 1 W⋅s = 7000100000000000000♠1 J
• 1 tona TNT = 7009418400000000000♠4,184 GJ

U mehanici, koncept sile (u nekom pravcu) ima bliski analog u konceptu obrtnog momenta (oko nekog ugla):

Rezultat ove sličnosti je da je SI jedinica za obrtni moment njutn-metar, koji algebarski funkcioniše tako da ima iste dimenzije kao džul, ali nisu zamenljive. Generalna konferencija za tegove i mere dala je jedinici energije naziv džul, ali jedinici obrtnog momenta nije dala nikakvo posebno ime, te je to jednostavno njutn-metar (N⋅m) – složeni naziv koji potiče od njenih sastavnih delova.^[16] Korišćenje njutn-metara za obrtni moment i džula za energiju pomaže da se izbegnu nesporazumi i pogrešne komunikacije.^[16]

Razlika se može videti i u činjenici da je energija skalarna veličina – skalarni proizvod vektora sile i vektora pomeranja. Nasuprot tome, obrtni moment je vektor – vektorski proizvod vektora sile i vektora udaljenosti. Obrtni moment i energija su međusobno povezani jednačinom

${\displaystyle E=\tau \theta \,}$

gde je E energija, τ je (vektorska veličina) obrtnog momenta, a θ je zahvaćeni ugao (u radijanima). Pošto su ravni uglovi bezdimenzionalni, sledi da obrtni moment i energija imaju iste dimenzije.

• Konverzija mernih jedinica
• Elektronvolt
• Kilovat čas

Džul na Vikimedijinoj ostavi.