Džaulis (J) yra energijos matavimo vienetas, naudojamas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) ir priimtas mokslo sluoksniuose. Vienetas naudojamas visose lygtyse ir skaičiavimuose, susijusiuose su energija. Vadovaujantis SI sutartimis, džauliai sutrumpinami didžiąja J, nes terminas yra kilęs iš tikro vardo, tačiau jei jis parašytas, jis nėra rašomas didžiosiomis raidėmis. Vienas J apibrėžiamas kaip energijos kiekis, kurį išeikvoja 1 niutono jėga, judanti objektą 1 metrą ta pačia kryptimi kaip ir jėga. Niutonas yra jėga, reikalinga 1 kilogramo (2.2 svaro) masei pagreitinti 1 metro (3.3 pėdos) per sekundę greičiu; todėl pagreitis yra toks, kad su kiekviena sekunde masės greitis didėja 1 metru per sekundę.
Apibrėžimas
Aukščiau pateiktas džaulio apibrėžimas gali atrodyti sudėtingas, tačiau SI vienetų pranašumas yra tas, kad jie leidžia daugybei dalykų, kuriuos mokslininkai norėtų išmatuoti, kiekybiškai įvertinti nedideliu bazinių vienetų skaičiumi. Tai taip pat reiškia, kad laikydamiesi šių vienetų visi mokslininkai kalba ta pačia kalba. Sakoma, kad džaulis yra išvestinis vienetas, nes jis gaunamas iš bazinių vienetų kilogramai, metrai ir sekundės.
Jis gali būti laikomas niutonmetru – 1 niutono jėga, veikiama 1 metro (3.3 pėdos) atstumu. Kadangi pats niutonas yra išvestinis vienetas, džaulis gali būti toliau suskirstytas į metrus kvadratus, kilogramus kartus per sekundę per sekundę:
J = m2kgs-2
Nors džaulis yra 1 niutonmetras, energija paprastai nenurodoma naudojant pastarąjį vienetą, kad būtų išvengta painiavos su sukimo momento arba jėgos momento matavimo vienetu, kuris yra susijęs su sukimosi judesiu.
Jėga, darbas, energija ir galia
Dažnai yra painiavos tarp šių terminų ir joms matuoti naudojamų vienetų. Jėga – tai įtaka, sukelianti objekto judėjimo pasikeitimą; kitaip tariant, pagreitis. Darbas yra jėgos panaudojimas judėjimui sukelti, o energija yra galimybė atlikti darbą ir išeikvojama, kai darbas atliekamas. Pavyzdžiui, stumiant objektą tam tikra kryptimi reikia taikyti jėgą, kuri veikia, o energija turi būti išeikvota. Darbas ir energija gali būti matuojami džauliais.
Galia yra energijos suvartojimo greitis, matuojamas vatais. Išnaudojant 1 J energijos per sekundę, sunaudojama 1 vatas galios, taigi 1 vatas yra 1 džaulis per sekundę. 100 vatų lemputė sunaudoja 100 J energijos per sekundę. Buityje sunaudojama elektros energija matuojama kilovatvalandėmis: kilovatas – 1,000 vatų, o 1 kilovatvalandė – 3,600,000 XNUMX XNUMX J.
Pavyzdžiai
Norint suprasti, kiek energijos iš tikrųjų yra džaulis, padeda pažvelgti į kai kuriuos kasdienius pavyzdžius. Džaulis yra energijos kiekis, reikalingas 1 gramo vėsaus, sauso oro temperatūrai pakelti 1.8 °F (1.0 °C). Vidutinis ramiai sėdintis žmogus kas sekundę išskiria 100 J šilumos. Energijos kiekis, kurio reikia norint pakelti nedidelį obuolį 1 metro (3.3 pėdos) atstumu nuo Žemės gravitacijos, yra maždaug lygus 1 J.
Istorija
Vienetas pavadintas anglų fiziko Jameso Prescotto Joule vardu, kurio darbai XIX amžiuje atvedė prie energijos tvermės teorijos ir pirmojo termodinamikos dėsnio. Savo eksperimentais jis sugebėjo nustatyti, kad dirbant energija keičiasi iš vienos formos į kitą, bet negali būti sukurta iš nieko ar sunaikinta. Pavyzdžiui, kai varikliui sukti naudojama elektra, dalis elektros energijos paverčiama judesiu, o likusi dalis paverčiama šiluma. Jis sugebėjo parodyti, kad judėjimas ir šiluma buvo lygiaverčiai pradiniam elektros energijos kiekiui.