Joule

En termes d' unités SI de base d'abord , puis en termes d'autres unités SI, un joule est défini ci-dessous (veuillez considérer ce tableau pour la signification des symboles):

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

Un joule peut également être défini comme suit:

• Le travail nécessaire pour déplacer une charge électrique d'un coulomb à travers une différence de potentiel électrique d'un volt, ou d'un coulomb-volt (C⋅V). Cette relation peut être utilisée pour définir le volt.
• Le travail nécessaire pour produire un watt de puissance pendant une seconde, ou un watt-seconde (W⋅s) (comparer kilowattheure  - 3,6 mégajoules). Cette relation peut être utilisée pour définir le watt.

Le joule porte le nom de James Prescott Joule . Comme avec chaque SI unité nommée pour une personne, son symbole commence par une majuscule lettre (J), mais lorsqu'il est écrit en pleine il suit les règles de capitalisation d'un nom commun ; c'est-à-dire que " joule " devient en majuscule au début d'une phrase et dans les titres, mais est sinon en minuscules.

Le système cgs avait été déclaré officiel en 1881, lors du premier Congrès international de l'électricité . L' erg fut adopté comme unité d'énergie en 1882. Wilhelm Siemens , dans son discours d'inauguration en tant que président de la British Association for the Advancement of Science (23 août 1882), proposa pour la première fois le joule comme unité de chaleur , à dériver de l'électromagnétique unités Ampère et Ohm , en unités cgs équivalentes à10 ⁷  erg . La dénomination de l'unité en l'honneur de James Prescott Joule (1818–1889), à l'époque retraité mais toujours vivant (63 ans), est due à Siemens:

"Une telle unité de chaleur, si elle est jugée acceptable, pourrait avec beaucoup de convenance, je pense, être appelée le Joule, du nom de l'homme qui a tant fait pour développer la théorie dynamique de la chaleur." ^[8]

Lors du deuxième Congrès international de l'électricité, le 31 août 1889, le joule a été officiellement adopté aux côtés du watt et du quadrant (rebaptisé plus tard Henry ). ^[9] Joule mourut la même année, le 11 octobre 1889. Au quatrième congrès (1893), l '"ampère international" et l' "Ohm international" furent définis, avec de légers changements dans les spécifications de leur mesure, avec le "international Joule "étant l'unité qui en dérive.

En 1935, la Commission électrotechnique internationale (en tant qu'organisation successeur de l'International Electrical Congress) a adopté le " système Giorgi ", qui, en supposant une valeur définie pour la constante magnétique, impliquait également une redéfinition du Joule. Le système Giorgi a été approuvé par le Comité international des poids et mesures en 1946. Le joule n'était plus défini sur la base de l'unité électromagnétique, mais plutôt comme l'unité de travail effectuée par une unité de force (à l'époque pas encore appelée newton ) sur une distance de 1 mètre . Le joule était explicitement conçu comme l'unité d'énergie à utiliser dans des contextes électromagnétiques et mécaniques. ^[10] La ratification de la définition à la neuvième Conférence générale sur les poids et mesures , en 1948, a ajouté la spécification que le joule devait également être préféré comme unité de chaleur dans le contexte de la calorimétrie , dépréciant ainsi officiellement l'utilisation du joule. calorie . ^[11] Cette définition était le précurseur direct du joule tel qu'adopté dans le Système international d'unités moderne en 1960.

La définition du joule comme J = kg⋅m ² ⋅s ⁻² est restée inchangée depuis 1946, mais le joule en tant qu'unité dérivée a hérité des changements dans les définitions du second (en 1960 et 1967), le mètre (en 1983 ) et le kilogramme ( en 2019 ).

Un joule représente (environ):

• L' énergie cinétique d'un Masse de 2  kg voyageant à1  m / s .
• L'énergie nécessaire pour soulever une tomate de taille moyenne jusqu'à 1 mètre (3 pi 3 po), suppose que la tomate a une masse de 101,97 grammes (3,597 oz).
• L'énergie nécessaire pour accélérer un 1  kg de masse à1  m / s 2 sur une distance de1  m .
• La chaleur nécessaire pour élever la température d'un poids unitaire (1 g ) d'eau de 0 ° C à 1 ° C, ou de 32 ° F à 33,8 ° F. ^[12]
• L'énergie typique libérée sous forme de chaleur par une personne au repos toutes les 1/60 s (17  ms ). ^{[note 1]}
• L' énergie cinétique d'un50 kg d' humains se déplaçant très lentement (0,2 m / s ou 0,72 km / h).
• L'énergie cinétique d'un Balle de tennis de 56 g se déplaçant à 6 m / s (22 km / h). ^[13]
• La quantité d'électricité nécessaire pour allumer un LED 1  W pour1 s .
• L'énergie alimentaire (kcal) dans un peu plus de la moitié d'un cristal de sucre (0,102  mg / cristal).

Yoctojoule

Le yoctojoule (yJ) est égal à 10 ^-24  joule .

Zeptojoule

Le zeptojoule (zJ) est égal à un sextillionième ( 10 ^-21 ) d'un joule. 160 zJ équivaut à environ un électronvolt .

L'énergie minimale nécessaire pour changer un peu à environ la température ambiante - environ 2,75 zJ - est donnée par la limite de Landauer .

Attojoule

L'attojoule (aJ) est égal à 10 à ¹⁸  joule .

Femtojoule

Le femtojoule (fJ) est égal à 10 à ¹⁵  joule .

Picojoule

Le picojoule (pJ) est égal à un billionième ( 10 ^-12 ) d'un joule.

Nanojoule

Le nanojoule (nJ) est égal à un milliardième ( 10 ^-9 ) d'une joule. 160 nanojoules correspondent à l' énergie cinétique d'un moustique volant. ^[14]

Microjoule

Le microjoule (μJ) est égal à un millionième ( 10 ^-6 ) d'un joule. Le grand collisionneur de hadrons (LHC) produit des collisions de l'ordre du microjoule (7 TeV) par particule.

Millijoule

Le millijoule (mJ) est égal à un millième ( 10 ^-3 ) d'un joule.

Kilojoule

Le kilojoule (kJ) est égal à mille ( 10 ³ ) joules. Les étiquettes des aliments nutritionnels dans la plupart des pays expriment l'énergie en kilojoules (kJ). ^[15]

Un mètre carré de la Terre reçoit environ 1,4 kilojoules de rayonnement solaire par seconde en plein jour. ^[16]

Mégajoule

Le mégajoule (MJ) est égal à un million ( 10 ⁶ ) joules, ou approximativement l'énergie cinétique d'un véhicule d'un mégagramme (tonne) se déplaçant à 161  km / h (100 mph).

L'énergie nécessaire pour chauffer 10 L d'eau liquide à pression constante de 0 ° C (32 ° F) à 100 ° C (212 ° F), c'est environ 4,2  MJ .

Un kilowattheure d'électricité est 3,6 mégajoules .

Gigajoule

Le gigajoule (GJ) est égal à un milliard ( 10 ⁹ ) joules. 6  GJ correspond à l' énergie chimique de la combustion d'un baril (159 l) de pétrole . ^[17] 2 GJ correspond à l' unité d' énergie de Planck .

Térajoule

La térajoule (TJ) est égale à un billion ( 10 ¹² ) joules; ou environ 0,278  GWh (souvent utilisé dans les tableaux énergétiques). À propos 63  TJ d'énergie ont été libérés par Little Boy . ^[18] La Station spatiale internationale , d'une masse d'environ 450  mégagrammes et vitesse orbitale de 7700  m / s , ^[19] a une énergie cinétique d'environ 13 TJ . En 2017, on a estimé que l' ouragan Irma avait une énergie éolienne de pointe de 112 TJ . ^{[20] [21]}90 TJ est à peu près la quantité d'énergie équivalente à1 gramme de masse .

Petajoule

Le pétajoule (PJ) est égal à un quadrillion ( 10 ¹⁵ ) joules. 210 PJ c'est environ 50  mégatonnes de TNT, soit la quantité d'énergie libérée par le Tsar Bomba , la plus grande explosion artificielle jamais créée.

Exajoule

L'exajoule (EJ) est égal à un quintillion ( 10 ¹⁸ ) joules. Le tremblement de terre et le tsunami de Tōhoku en 2011 au Japon 1,41 EJ d'énergie selon sa cote de 9,0 sur l' échelle de magnitude des moments . La consommation d'énergie annuelle aux États-Unis s'élève à environ 94 EJ .

Zettajoule

Le zettajoule (ZJ) est égal à un sextillion ( 10 ²¹ ) joules. La consommation d'énergie mondiale annuelle humaine est d'environ 0,5 ZJ . L'énergie pour élever la température de l'atmosphère terrestre de 1 ° C est d'environ 2.2 ZJ .

Yottajoule

Le yottajoule (YJ) est égal à un septillion ( 10 ²⁴ ) joules. C'est approximativement la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer toute l'eau sur Terre de 1 ° C. La puissance thermique du Soleil est d'environ 400 YJ par seconde.

1 joule est égal à (environ sauf indication contraire):

• 10 ⁷  erg (exactement)
• 6,241 509 74 × 10 ¹⁸  eV
• 0,2390  cal (gramme de calories)
• 2,390 × 10 ⁻⁴  kcal (calories alimentaires)
• 9,4782 × 10 ^-4  BTU
• 0.7376  ft⋅lb (pied-livre)
• 23,7  ft⋅pdl (pied-livre)
• 2,7778 × 10 ⁻⁷  kW⋅h (kilowattheure)
• 2,7778 × 10 ⁻⁴  W⋅h (watt-heure)
• 9.8692 × 10 ⁻³  latm (litre-atmosphère)
• 11,1265 × 10 ⁻¹⁵  g (à titre d' équivalence masse-énergie )
• 10 ^-44  ennemis (exactement)

Les unités définies exactement en termes de joule comprennent:

• 1 calorie thermochimique = 4,184  J ^[22]
• 1 calorie de table internationale = 4,1868  J ^[23]
• 1  W⋅h = 3600  J (ou 3,6  kJ)
• 1  kW⋅h =3,6 × 10 ⁶  J (ou 3,6  MJ)
• 1  W⋅s =1 J
• 1 tonne TNT = 4,184 GJ

En mécanique , le concept de force (dans une certaine direction) a un analogue proche dans le concept de couple (sur un certain angle):

Un résultat de cette similitude est que l'unité SI pour le couple est le newton-mètre , qui fonctionne algébriquement pour avoir les mêmes dimensions que le joule, mais ne sont pas interchangeables. La Conférence générale sur les poids et mesures a donné à l'unité d' énergie le nom de joule , mais n'a pas donné à l'unité de couple un nom spécial, il s'agit donc simplement du newton-mètre (N⋅m) - un nom composé dérivé de son constituant les pièces. ^[24] L'utilisation de newton mètres pour le couple et de joules pour l'énergie est utile pour éviter les malentendus et les erreurs de communication. ^[24]

La distinction peut également être vue dans le fait que l'énergie est une quantité scalaire - le produit scalaire d'un vecteur de force et d'un vecteur de déplacement. En revanche, le couple est un vecteur - le produit croisé d'un vecteur de force et d'un vecteur de distance. Le couple et l'énergie sont liés l'un à l'autre par l'équation

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

où E est l'énergie, τ est (la grandeur vectorielle du) couple et θ est l'angle balayé (en radians ). Puisque les angles plans sont sans dimension, il s'ensuit que le couple et l'énergie ont les mêmes dimensions.

Un watt-seconde (symbole W s ou W · s ) est une unité dérivée d' énergie équivalente au joule. ^[25] Le watt-seconde est l'énergie équivalente à la puissance d'un watt soutenue pendant une seconde . Alors que le watt-seconde est équivalent au joule à la fois dans les unités et dans le sens, il existe certains contextes dans lesquels le terme «watt-seconde» est utilisé au lieu de «joule». ^{[ pourquoi? ]}

La photographie

En photographie, l'unité des flashs est le watt-seconde. Un flash peut être évalué en watt-secondes (par exemple, 300 W⋅s) ou en joules (noms différents pour la même chose), mais historiquement, le terme «watt-seconde» a été utilisé et continue d'être utilisé.

${\ displaystyle {\ text {Énergie d'un flash en joules ou watt-secondes}} = {\ dfrac {1} {2}} \ cdot {\ text {capacité du condensateur de stockage en farads}} \ cdot {\ text {tension de fonctionnement}} ^ {2}}$

La cote énergétique attribuée à un flash n'est pas une référence fiable pour son rendement lumineux, car de nombreux facteurs affectent l'efficacité de la conversion d'énergie. Par exemple, la construction du tube affectera l'efficacité, et l'utilisation de réflecteurs et de filtres changera le rendement lumineux utilisable vers le sujet. Certaines entreprises spécifient leurs produits en "vrais" watt-secondes, et d'autres spécifient leurs produits en watt-secondes "nominaux". ^[26]

• Fluence
• Joules réciproques

• La définition du dictionnaire de joule au Wiktionnaire