Джаул

Джаул, наричан понякога още ватсекунда и означаван със символа J, е единицата от Международната система единици (SI) за измерване на енергия (потенциална, кинетична, електрическа, топлинна), а също така на работа и количество топлина. Стандартното определение на джаул е следното:

1 J е работата, извършена от сила 1 N при преместване на тяло на разстояние 1 m по направление на силата, т.е.

Други дефиниции:

Единицата носи името на английския физик Джеймс Джаул (1818 – 1889), който установява, че няколко различни вида енергия (механична, електрическа, топлинна) могат да бъдат преобразувани една в друга, като по този начин създава предпоставки за формулирането на Закона за запазване на енергията. През 1840 г. Джаул открива връзката между електрическия ток, протичащ през резистор, и отделяната топлина (Закон на Джаул), а по-късно, независимо от Юлиус Роберт фон Майер, открива връзката на топлината с механичната работа.

История 
На първия Международен конгрес на електротехниците на 20 и 21 септември 1881 г. в Париж, освен че CGS-системата е обявена за задължителна, допълнително към тази „абсолютна система“ се обявява и една „практическа система“, която съдържа единиците ом, ампер, волт, кулон и фарад, които са по-удобни за използване в електротехниката от единиците, пряко следващи от CGS-системата. Двете системи се различават единствено от коефициенти със степени на десет.

Във встъпителната си реч като президент на Британската асоциация за напредък на науката Карл Вилхелм Сименс допълва практическата система с вебер, ват и гаус; джаулът е предложен като единица за топлинна енергия. Предлага се да бъде определен като еквивалентен на 107  erg, единицата за енергия в CGS. Джаулът е въведен на Втория международен конгрес по електричество, провеждащ се в годината на смъртта на Джеймс Прескот Джаул (31 август 1889 г.) като абсолютна практическа електрическа единица за работа и енергия на електрическия ток. Четвъртият международен конгрес по електротехника през 1893 г. в Чикаго подкрепя въвеждането на единицата, като леко го променя и го нарича теоретичен вместо абсолютен.

Международната конференция по електрически единици и еталони (Лондон, 1908 г.) установява международни електрически единици, в това число и международния джаул. След възвръщането на 1 януари 1948 г. към абсолютните електрически единици е прието съотношението: 1 международен джаул = 1,00020 абсолютни джаула.

През юни 1935 г. Международната електротехническа комисия, наследник на Международния електрически конгрес приема MKS (предшественика на SI), в която е включен и джаулът.

Международният комитет по мерки и теглилки през 1946 г. определя джаула като работата, което се извършва от сила на един метър в посоката на преместване. Генералната конференция по мерки и теглилки ратифицира тази дефиниция на деветото си заседание през 1948 г., и по-специално изисква джаул да се използва в калориметрията, вместо калория. От 1960 г. насам джаулът е част от Международната система единици (SI).

Практически примери

Равностойност на един джаул 
Един джаул (1 J) енергия се получава например и в следните случаи:
 завъртане на ъгъл 1 rad с момент 1 N·m (единицата радиан е безразмерна);
 протичане на ток 1 А при напрежение 1 V (т.е. действие на мощност 1 W) в продължение на 1 s.

Други примери 
 Топлинна енергия, съответстваща на енергия при температура 1 К: 1,380 J
 Енергия на фотона на червения цвят във видимия спектър: 2,61 J
 Енергия на Ферми на металното злато: 8,8 J 
 Атомна единица за енергия (енергия на Хартри), : 4,360 J
 Енергия, отделена при взрив на 1 тон тротил (тротилов еквивалент): 4,184 J
 Енергия, отделена при атомната бомбардировка на Хирошима: около 6 J
 В джаули се дава енергията на проектили (предимно неразривни) за леко стрелково оръжие (пушки и пистолети) като за 9 mm пистолетни патрони е 300 – 600 J, за 7,62х39 (патрон за „калашник“) – около 2000 J, за 7,62x54R – около 4000 J, за 12 калибър (ловна пушка) – около 3 – 4000 J в зависимост от теглото на сачмения снаряд и т.н.

Превръщане в други единици

Киловатчас 

Киловатчас (kWh) е мерна единица за активната енергия. Тя не е част от единиците на SI, но поради голямото ѝ практическо значение, ISO позволява използването ѝ в специални области. Такава специална област например е електротехниката. Чрез стандартната SI-единица за работа и енергия джаул тя се изразява по следния начин:
1 kWh = 3,6 MJ (3 600 000 J)

Киловатчасът се използва в месечните сметки за консумираната от потребителите електрическа енергия. Тя е за предпочитане, защото по-този начин числата са малки, а и цената се изчислява на базата на киловатчас, а не джаул. Например печка с мощност 1000 W (1 kW), работеща за 1 h, изразходва енергия 1 kWh (или 3,6 MJ). Електрическа крушка от 60 W за един час консумира 0,06 kWh енергия, а примерно за хиляда часа – 60 kWh. Ако една крушка от 100 W свети по 1 час на ден в течение на 30 дни, изразходваната енергия се изчислява на:
100 W · 30 h = 3000 Wh = 3 kWh (или 10,8 MJ).

В Германия през януари 2011 г. стойността на 1 kWh за населението средно е € 0,2455.. За сравнение, с помощта на 1 kWh може да се добият 75 kg въглища, 35 kg нефт, да се изпекат 88 хляба, и да се изтъкат 10 m плат.

Кратни единици 
Понякога, когато измерваните стойности са особено големи или особено малки (на няколко порядъка), по-удобни се оказват единици, образувани със стандартните представки в SI. В таблицата по-долу са дадени най-употребяваните стойности, образувани чрез тях.

Външни препратки 
 Приемането на джаула за мерна единица
 Превръщане на джаул в други единици 
 Таблица за превръщане на енергийни единици

Източници 

Единици за енергия