Джоуль

Алан-э-Дейл       20.11.2022 г.

Кратные и дольные единицы[править | править код]

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы джоуля образуются с помощью стандартных приставок СИ. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ
рекомендовано к применению применять не рекомендуется

Борьба за авторство

В 1840-х годах в печатных изданиях развернулась нешуточная дискуссия о том, кто же является открывателем закона сохранения энергии, между Майером и Джоулем. Фактически Майер опубликовал свою работу раньше, но к ней никто не отнесся серьезно, так как по профессии он сам был доктором. Закон Джеймса Джоуля нашел большую поддержку, ведь его кандидатуру на то время поддерживали такие ученые, как Стокс, Фарадей и Томсон

Некоторые открыто поддерживали Майера, акцентируя внимание на том, что он первый сделал открытие, другие же защищали право на авторство Джоуля. В конце концов приоритет авторства оставили Майеру

Ватт-секунда

А ватт-секунда (символ W s или же Вт · с) это производная единица из энергия эквивалент джоуля. Ватт-секунда — это энергия, эквивалентная мощности одного ватт выдержанный для одного второй. Хотя ватт-секунда эквивалентна джоулю как в единицах измерения, так и в значении, есть некоторые контексты, в которых термин «ватт-секунда» используется вместо «джоуль».[Почему?]

Фотография

В фотографии блок для мигает это ватт-секунда. Вспышка может быть оценена в ватт-секундах (например, 300 Вт⋅с) или в джоулях (разные названия для одного и того же), но исторически термин «ватт-секунда» использовался и продолжает использоваться. Встроенная вспышка с использованием 1000 микрофарад конденсатор на 300 вольт, будет 45 ватт-секунд. Студийные вспышки, использующие конденсаторы большей емкости и более высокое напряжение, находятся в диапазоне 200–2000 ватт-секунд.

Энергия вспышки в джоулях или ватт-секундах=12⋅емкость накопительного конденсатора в фарадах⋅рабочее напряжение2{ displaystyle { text {Энергия вспышки в джоулях или ватт-секундах}} = { dfrac {1} {2}} cdot { text {емкость накопительного конденсатора в фарадах}} cdot { text {рабочее напряжение}} ^ {2}}

Показатель энергии вспышки не является надежным критерием ее светоотдачи, поскольку на эффективность преобразования энергии влияет множество факторов. Например, конструкция трубки повлияет на эффективность, а использование рефлекторов и фильтров изменит полезный световой поток по направлению к объекту. Некоторые компании указывают свои продукты в «истинных» ватт-секундах, а некоторые — в «номинальных» ватт-секундах.

Определение

С точки зрения в первую очередь базы Единицы СИ а затем в терминах других единиц системы СИ ниже определяется джоуль (пожалуйста, обратите внимание на значения символов в этой таблице):

Символ Смысл
J джоуль
кг килограмм
м метр
s второй
N ньютон
Па паскаль
W ватт
C кулон
V вольт
Ω ом
А ампер
J=кг⋅м2s2=N⋅м=Па⋅м3=W⋅s=C⋅V=Ω⋅А2⋅s,{ 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}},}

Один джоуль можно также определить следующим образом:

  • Работа, необходимая для перемещения электрический заряд одного кулон через разность электрических потенциалов одного вольта или одного кулон-вольт (C⋅V). Это соотношение можно использовать для определения напряжения.
  • Работа, необходимая для производства одного ватта мощность на одну секунду или один ватт-секунда (W⋅s) (сравнить киловатт-час — 3,6 мегаджоулей). Это соотношение можно использовать для определения ватт.

Джоуль назван в честь Джеймс Прескотт Джоуль. Как и с каждым SI единица названа в честь человека, ее символ начинается с верхний регистр буква (J), но когда написана полностью, она следует правилам использования заглавных букв имя нарицательное; т.е. «джоуль«становится заглавным в начале предложения и в заголовках, но в остальном — в нижнем регистре.

Ньютон-метр и крутящий момент

В механика, Концепция чего-либо сила (в каком-то направлении) имеет близкий аналог в концепции крутящий момент (под каким-то углом):

Линейный Угловой
Сила Крутящий момент
Масса Момент инерции
Смещение Угол

Результатом этого сходства является то, что единицей СИ для крутящего момента является ньютон-метр, который работает алгебраически иметь то же самое размеры как джоуль, но не взаимозаменяемы. В Генеральная конференция по мерам и весам дал единицу энергия название джоуль, но не дал единице крутящего момента никакого специального названия, следовательно, это просто ньютон-метр (Н · м) — составное название, образованное от составных частей. Использование ньютон-метров для крутящего момента и джоулей для энергии помогает избежать недопонимания и недопонимания.

Различие можно увидеть также в том, что энергия — это скаляр количество — скалярное произведение силы вектор и вектор смещения. Напротив, крутящий момент — это вектор — перекрестное произведение вектора силы и вектора расстояния. Крутящий момент и энергия связаны друг с другом уравнением

E=τθ ,{ Displaystyle Е = тау тета ,}

куда E это энергия, τ это из) крутящий момент, и θ угол стреловидности (в радианы). Поскольку плоские углы безразмерны, отсюда следует, что крутящий момент и энергия имеют одинаковые размеры.

Что такое Джоуль?

Чтобы понять, что такое Джоуль, необходимо правильное понимание концепций энергии и работы. Энергия — понятие не интуитивное. Термин «энергия» происходит от греческого слова «energeia», что означает действие или деятельность. В этом смысле энергия — это механизм деятельности. Энергия не является величиной, наблюдаемой напрямую. Но мы можем рассчитать это, измерив внешние свойства. Энергия может проявляться во многих формах. Кинетическая энергия, тепловая энергия и потенциальная энергия — это лишь некоторые из них. Более того, мы можем передать энергию системе несколькими способами; либо выполняя работу в системе, либо напрямую в виде передачи энергии, например, при нагревании системы.

Например, представьте себе твердую массу массой m кг на плоской горизонтальной поверхности без трения, на которую действует сила F на расстоянии x. Начальная кинетическая энергия системы равна нулю, и если предположить, что объект приобретает скорость v после расстояния x, конечная кинетическая энергия равна (mv2) / 2. Поскольку F = d (mv) / dt, интегрируя обе части по dx, мы можем получить результат F.x = (mv2) / 2. Более того, мы можем доказать, что проделанная работа (то есть переданная энергия) равна F.x. Поскольку мы берем скалярное произведение, результирующая энергия является скаляром.

Мы можем определить единицу Джоуля как количество энергии, передаваемой при приложении силы в 1 Ньютон к объекту на длине 1 метр. Базовая единица Джоуля — кг · м.2/ с2. Размеры Джоуля 2/2. Аппарат Джоуль назван в честь известного ученого Джеймса Прескотта Джоуля.

Задача №9 на расчет количества теплоты, рассеиваемого в окружающую среду

Электрочайник с водой нагревается от температуры $70 \degree C$ до температуры $80 \degree C$ за $3 \space мин$, а остывает от температуры $80 \degree C$ до температуры $70 \degree C$ за $9 \space мин$. Какая часть количества теплоты, выделяемой  спиралью чайника при нагревании воды, рассеивается в окружающую среду? Тепловые потери считать постоянными.

Внесем необходимые пояснения. Спираль чайника передает воде определенное количество теплоты $Q_2$. Часть ее ($Q_1$) рассеивается в окружающую среду. Т.е., количество теплоты $Q_2$, выделяемое спиралью, больше количества теплоты $Q$, необходимого для нагрева воды.

Дано:$t_1 = 70 \degree C$$t_2 = 80 \degree C$$T_1 = 3 \space мин$$T_2 = 9 \space мин$

$\frac{Q_1}{Q_2} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть 

Решение:

Сначала рассчитаем количество теплоты, которое необходимо сообщить воде в чайнике, чтобы ее температура увеличилась с $70 \degree C$ до $80 \degree C$:$Q = cm(t_2 — t_1)$.

Масса воды в чайнике нам неизвестна, поэтому примем ее, равной $1 \space кг$. Тогда,$Q = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 1 \space кг \cdot (80 \degree C — 70 \degree C) = 42 \space 000 \space Дж = 42 \space кДж$.

Когда вода в чайнике остывает с температуры $80 \degree C$ до температуры $70 \degree C$, она выделяет в окружающую среду точно такое же количество энергии $Q$. Остывание происходит за $9 \space мин$. Значит, количество теплоты, которое выделяется в окружающую среду за $1 \space мин$ будет равно:$Q_0 = \frac{42 \space кДж}{9 \space мин} \approx 4.7 \frac{кДж}{мин}$.

В условиях задачи сказано, что тепловые потери постоянны. Это означает, что вода массой $1 \space кг$ отдает $4.7 \space кДж$ каждую минуту, в том числе, и при ее нагревании.

Нагревается вода за 3 минуты. За это время она отдает в окружающую среду следующее количество теплоты:$Q_1 = 4.7 \space кДж \cdot 3 = 14.1 \space кДж$.

Тем не менее, чайник нагрел воду до нужной температуры. Значит, он сообщил воде количество энергии, равное $Q_2 = Q + Q_1$.$Q_2 = 42 \space кДж + 14.1 \space кДж = 56.1 \space кДж$.

Теперь мы можем рассчитать отношение $\frac{Q_1}{Q_2}$, и узнать какая часть теплоты, выделяемая спиралью чайника, рассеивается в окружающую среду:$\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{14.1 \space кДж}{56.1 \space кДж} \approx 0.25$.

Т.е., в окружающую среду рассеивается $\frac{1}{4}$ часть энергии, сообщаемая воде в чайнике.

Можно доказать, что это соотношение останется постоянным для воды любой массы в этой задаче. Чем больше будет масса воды, тем больше энергии ей будет нужно, чтобы нагреться до определенной температуры. Больше будут и тепловые потери. Искомое соотношение же останется неизменным.

Ответ: $\frac{Q_1}{Q_2} \approx 0.25$.

Расчет дульной энергии пневматики

Владельцы пневматического оружия, а также желающие его приобрести, часто задаются вопросом, насколько оно мощное. Следует сразу отметить, что пробивная способность пули зависит от многих факторов, таких как прочность материалов, дальность цели и другие. Но основным все же является дульная энергия, измеряемая в Джоулях.

Она равна произведению половины массы на квадрат скорости: E=1/2*m*v^2, где m – вес, v – начальная скорость.

К примеру, кинетическая энергия пули пистолета Макарова при весе 6,3 грамма и скорости 330 м/с составляет 343 Дж, автомата Калашникова при скорости 900 м/с равна 1377 Дж. И это не предел для боевого оружия. У духовых ружей эти показатели намного меньше.

Для того чтобы узнать мощность пневматической винтовки или пистолета, необходимо знать калибр дроби и скорость ее вылета. С первым параметром все ясно, так как производители указывают вес пулек на упаковках. Для вычисления скорости потребуется хронограф. Существуют электронные модели, которые выдают результат уже в джоулях. Поэтому владельцу даже не потребуется выполнять расчет самостоятельно. При отсутствии нужного инструмента в качестве параметра можно использовать заявленную производителем скорость. Ее часто указывают в техническом паспорте изделия. Владельцу лишь остается подставить нужные цифры и получить конечный результат.

История

В система cgs был объявлен официальным в 1881 г. Международный электротехнический конгресс. эрг была принята в качестве единицы энергии в 1882 году. Вильгельм Сименс, в своей инаугурационной речи в качестве председателя Британская ассоциация развития науки (23 августа 1882 г.) впервые предложил Джоуль как единица высокая температура, которые будут производными от электромагнитных единиц Ампер и Ом, в единицах cgs, эквивалентных 107 эрг.Название агрегата в честь Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889), в то время на пенсии, но все еще жив (63 года), принадлежит Сименсу:

«Такую тепловую единицу, если она будет сочтена приемлемой, я думаю, с большим правомерностью можно было бы назвать джоуль, в честь человека, который так много сделал для разработки динамической теории тепла».

На втором Международном электрическом конгрессе 31 августа 1889 года джоуль был официально принят наряду с ватт и квадрант (позже переименован в Генри).Джоуль умер в том же году, 11 октября 1889 г. На четвертом конгрессе (1893 г.) были определены «международный ампер» и «международный ом» с небольшими изменениями в спецификациях для их измерения, при этом «международный джоуль» стал единица, производная от них.

В 1935 г. Международная электротехническая комиссия (как организация-преемница Международного электротехнического конгресса) приняла «Георгий система «, которая в силу принятия определенного значения для магнитная постоянная также подразумевает новое определение Джоуля. Система Георгия была одобрена Международный комитет мер и весов в 1946 году. Джоуль больше не определялся на основе электромагнитной единицы, а вместо этого определялся как единица измерения работай выполняется одной единицей войск (на тот момент еще не названной ньютон) на расстоянии 1 метр. Джоуль был явно задуман как единица энергии, которая будет использоваться как в электромагнитном, так и в механическом контексте. Утверждение определения на девятом Генеральная конференция по мерам и весамв 1948 г. добавили указание, что джоуль также должен быть предпочтительной единицей измерения высокая температура в контексте калориметрия, тем самым официально отказываясь от использования калорийность. Это определение было прямым предшественником джоуля, принятого в современном мире. Международная система единиц в 1960 г.

Определение джоуля как J = kg⋅m2⋅s−2 остается неизменным с 1946 года, но джоуль как производная единица унаследовал изменения в определениях второй (в 1960 и 1967 гг.) метр (в 1983 г.) и килограмм (в 2019 году).

Ньютон-метр и крутящий момент

В механика, Концепция чего-либо сила (в каком-то направлении) имеет близкий аналог в концепции крутящий момент (под каким-то углом):

Линейный Угловой
Сила Крутящий момент
Масса Момент инерции
Смещение Угол

Результатом этого сходства является то, что единицей СИ для крутящего момента является ньютон-метр, который работает алгебраически иметь то же самое размеры как джоуль, но не взаимозаменяемы. В Генеральная конференция по мерам и весам дал единицу энергия название джоуль, но не дал единице крутящего момента никакого специального названия, следовательно, это просто ньютон-метр (Н · м) — составное название, образованное от составных частей. Использование ньютон-метров для крутящего момента и джоулей для энергии помогает избежать недопонимания и недопонимания.

Различие можно увидеть также в том, что энергия — это скаляр количество — скалярное произведение силы вектор и вектор смещения. Напротив, крутящий момент — это вектор — перекрестное произведение вектора силы и вектора расстояния. Крутящий момент и энергия связаны друг с другом уравнением

E=τθ ,{ Displaystyle Е = тау тета ,}

куда E это энергия, τ это из) крутящий момент, и θ угол стреловидности (в радианы). Поскольку плоские углы безразмерны, отсюда следует, что крутящий момент и энергия имеют одинаковые размеры.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Силу тока в проводнике увеличили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при неизменном сопротивлении проводника?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при неизменном напряжении сети?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

3. Сопротивления резистор ​\( R_1 \)​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​\( R_2 \)​. Работа тока в резисторе 2

1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1
2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1
3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1
4) в 16 раз меньше, чем в резисторе 1

4. Сопротивление резистора ​\( R_1 \)​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​\( R_2 \)​. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1

1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2
2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2
3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2
4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2

5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно. Лампочка станет гореть ярче, если

1) проволоку заменить на более тонкую железную
2) уменьшить длину проволоки
3) поменять местами проволоку и лампочку
4) железную проволоку заменить на нихромовую

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока ​\( A_1 \)​ и ​\( A_2 \)​ в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​\( A_1=A_2 \)​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока \( A_1 \)​ и ​\( A_2 \) в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​\( A_1=A_2 \)​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

8. Если в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то

А. Большая сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт.
Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт.

Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

9. Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, если её сопротивление 20 Ом?

1) 10000 с
2) 2000 с
3) 10 с
4) 2 с

11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую такой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) электрическое сопротивление спирали
Б) сила электрического тока в спирали
B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась

12. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) работа тока
Б) сила тока
B) мощность тока

ФОРМУЛЫ
1) ​\( \frac{q}{t} \)​
2) ​\( qU \)​
3) \( \frac{RS}{L} \)​
4) ​\( UI \)​
5) \( \frac{U}{I} \)​

Часть 2

13. Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?

Практические примеры

Один джоуль представляет (приблизительно):

  • В кинетическая энергия из 2 кг масса Путешествие в 1 РС
  • Энергия, необходимая для поднятия помидора среднего размера на 1 метр (3 фута 3 дюйма) (предположим, что помидор имеет массу примерно 100 граммов (3,5 унции)).
  • Энергия, необходимая для ускорения массы 1 кг со скоростью 1 м⋅с.−2 через расстояние 1 м.
  • В высокая температура требуется для повышения температуры 1 г воды на 0,24 ° С.
  • Типичная энергия, выделяемая в виде тепла человеком в состоянии покоя каждые 1/60 с (приблизительно 17 мс).
  • В кинетическая энергия человека весом 50 кг, движущегося очень медленно (0,2 м / с или 0,72 км / ч).
  • Кинетическая энергия теннисного мяча весом 56 г, движущегося со скоростью 6 м / с (22 км / ч).
  • Количество электроэнергии, необходимое для освещения 1 Вт ВЕЛ на 1 с.

Киловатт-час составляет 3,6 мегаджоулей.

История.

Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791 и 1795 по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.

Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обязательной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США. Соглашением, подписанным 20 мая 1875 семнадцатью странами, была создана международная организация, призванная сохранять и совершенствовать метрическую систему.

Ясно, что, определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного меридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной плотности. Поскольку было бы не очень удобно проводить геодезические измерения четверти земного меридиана при каждой продаже метра ткани или уравновешивать корзинку картофеля на рынке соответствующим количеством воды, были созданы металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные идеальные определения.

Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого эталона с четвертью земного меридиана. Кроме того, стало ясно, что и точность сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды.

В связи с этим Международная комиссия по метру в 1872 постановила принять за эталон длины «архивный» метр, хранящийся в Париже, «такой, каков он есть». Точно так же члены Комиссии приняли за эталон массы архивный платино-иридиевый килограмм, «учитывая, что простое соотношение, установленное создателями метрической системы, между единицей веса и единицей объема представляется существующим килограммом с точностью, достаточной для обычных применений в промышленности и торговле, а точные науки нуждаются не в простом численном соотношении подобного рода, а в предельно совершенном определении этого соотношения». В 1875 многие страны мира подписали соглашение о метре, и этим соглашением была установлена процедура координации метрологических эталонов для мирового научного сообщества через Международное бюро мер и весов и Генеральную конференцию по мерам и весам.

Новая международная организация незамедлительно занялась разработкой международных эталонов длины и массы и передачей их копий всем странам-участницам.

Первые исследования

Когда начал интересоваться наукой Джеймс Джоуль? Краткая биография парня рассказывает о том, что свои первые исследования он начал проводить в 1837 году. Тогда его очень интересовал вопрос замены паровых машин на электрические на пивоваренном заводе отца. Уже через год молодой человек опубликовал свою первую работу по электричеству в одном из научных журналов. Посоветовал ему это сделать его учитель Джон Дэвис, который, кстати, являлся близким другом Стерджена, изобретшего электродвигатель. Журнал, в котором печатался Джеймс Джоуль, тоже принадлежал Стерджену. В 1840 году молодой исследователь при намагничивании ферромагнетиков заметил эффект магнитного насыщения. С этого момента и вплоть до 1845 года активно изучал электромагнитные явления экспериментальным путем.

Конверсии

1 джоуль равен (приблизительно, если не указано иное):

  • 1×107 эрг (точно)
  • 6.24150974×1018 эВ
  • 0.2390 кал (грамм калорий)
  • 2.390×10−4 ккал (пищевые калории)
  • 9.4782×10−4 БТЕ
  • 0.7376 ft⋅lb (фут-фунт)
  • 23.7 ft⋅pdl (фут-фунтальный)
  • 2.7778×10−7 кВт⋅ч (киловатт-час)
  • 2.7778×10−4 W⋅h (ватт-час)
  • 9.8692×10−3 l⋅atm (литр-атмосфера)
  • 11.1265×10−15 грамм (посредством масса-энергия эквивалентность)
  • 1×10−44 враг (точно)

Единицы, точно определенные в джоулях, включают:

  • 1 термохимический калорийность = 4.184J
  • 1 международная таблица калорий = 4,1868J
  • 1W⋅h = 3600J (или 3,6кДж)
  • 1кВт⋅ч = 3.6×106 J (или 3,6MJ)
  • 1W⋅s = 1 Дж
  • 1тонна тротила = 4,184 ГДж

Единицы измерения

Основной единицей, которой принято выражать осуществляемую электротоком трансформацию, является джоуль. Данное наименование единица получила по фамилии английского физика, обосновавшего опытным путем закон сохранения энергии. В сокращенном виде джоуль пишется как «Дж». Выразить величину через другие единицы измерения можно, используя основную формулу: 1 Дж = 1 А*1В*1 с (ампер, вольт и секунда, соответственно).

Важно! Приборы учета затраченной электроэнергии используют иную единицу измерения – киловатт-час (указывается как кВт*ч). Связано это с тем, что джоуль является весьма некрупной единицей, а один киловатт-час равен 3600000 джоулей. Поскольку функционирование осветительных приборов и бытовой техники в жилой квартире или доме продолжается сотни часов ежемесячно, и в процессе этого реализуется значительная работа тока, киловатт-час является куда более адекватной данным условиям измерительной единицей

Поскольку функционирование осветительных приборов и бытовой техники в жилой квартире или доме продолжается сотни часов ежемесячно, и в процессе этого реализуется значительная работа тока, киловатт-час является куда более адекватной данным условиям измерительной единицей.

История.

Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791 и 1795 по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора. Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обязательной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США. Соглашением, подписанным 20 мая 1875 семнадцатью странами, была создана международная организация, призванная сохранять и совершенствовать метрическую систему.

Ясно, что, определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного меридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной плотности. Поскольку было бы не очень удобно проводить геодезические измерения четверти земного меридиана при каждой продаже метра ткани или уравновешивать корзинку картофеля на рынке соответствующим количеством воды, были созданы металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные идеальные определения.

Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого эталона с четвертью земного меридиана. Кроме того, стало ясно, что и точность сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды.

В связи с этим Международная комиссия по метру в 1872 постановила принять за эталон длины «архивный» метр, хранящийся в Париже, «такой, каков он есть». Точно так же члены Комиссии приняли за эталон массы архивный платино-иридиевый килограмм, «учитывая, что простое соотношение, установленное создателями метрической системы, между единицей веса и единицей объема представляется существующим килограммом с точностью, достаточной для обычных применений в промышленности и торговле, а точные науки нуждаются не в простом численном соотношении подобного рода, а в предельно совершенном определении этого соотношения». В 1875 многие страны мира подписали соглашение о метре, и этим соглашением была установлена процедура координации метрологических эталонов для мирового научного сообщества через Международное бюро мер и весов и Генеральную конференцию по мерам и весам.

Новая международная организация незамедлительно занялась разработкой международных эталонов длины и массы и передачей их копий всем странам-участницам.

Потенциальная энергия

Эта физическая характеристика является частью полной механической энергии. Описывает расположение тела в силовом поле (источнике силы). Причём эта величина может давать оценку только для целой системы. Она бесполезна для характеристики отдельных точек. При этом оценивается не величина, а ее изменение.

Единицей измерения является Дж или Эрг. Наиболее часто применяемые графические обозначения – U, Ep, W.

Различают следующие типы потенциальной энергии:

  • в пределах земного притяжения;
  • в зоне действия электростатических полей;
  • в системах механической природы.

Для тела, расположенного поблизости от земной поверхности, формула имеет вид:

Ер = m*g*h,

где:

  • m – масса;
  • g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2);
  • h – высота центра массы тела над нулевым уровнем.

Уровень нуля можно выбирать произвольно.

Электрически заряженная материальная точка, имеющая потенциал φ(r→), находясь в зоне электростатического поля, обладает потенциальной энергией Ер. Она вычисляется с помощью выражения:

Ер = qp* φ(r→),

где qp – электрический заряд, которым эта точка обладает.

В механических системах при упругих деформациях тела разные его точки взаимодействуют между собой. Такие взаимодействия можно охарактеризовать потенциальной энергией.

Упругая деформация может быть записана как:

Ep = k*(∆x)2/2.

Здесь k – это жёсткость (упругость), ∆x – величина смещения от равновесного положения.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.