質問: 理科の物理について ご覧頂きありがとうございます。中学男子三年生です。 物理でj(ジュール)という単位が出できます。 これは 1、発熱量 2、仕事 3、エネルギー と主に3種類に用いられます。 発熱量と仕事では意味合いが全然違うのになぜ同じ単位jを用いるのでしょう? 何卒よろしくお願いします!
回答: ジュールは エネルギー、発量、仕事、電力量の単位ですね。 熱と仕事は感覚的に結び付きにくいのですが、 考え方の一例として 仕事 ⇔ 発熱量 と直接考えるのではなく、 発熱量 ⇔ エネルギー ⇔ 仕事 とエネルギーを仲立ちして考えると考え易いと思います。 発熱量は、昔は cal(カロリー)を使っていました。 si単位のジュールは、kg・m^2/s^2 の基本単位で定義されていて、この単位から観ると仕事が直ぐに思いつくのですが、なかなか熱や電力量には結び付きにくいです。 仕事をするということは、エネルギーの増減が必然的に起こります。 熱で気体や液体固体を膨張させて仕事をすることは可能です。 自動車のエンジンがそうですし、太陽熱で線路が膨張し線路が変形するのも迷惑なことですが鉄を変形させる仕事と言えます。 昔は、エネルギーcal、熱量cal、仕事nm、電力量(ワット時)、とその時で単位が使い分けられていたりしました。 19世紀初め頃から、エネルギーの本質が明らかにされて行って、エネルギーも熱量も仕事も電力量も同じエネルギーとしてまとめて扱えることがわかってきました。 物理学の発展のおかげですね。 そして1980~90年頃に単位の統一が行われて、si単位に統一してジュールというエネルギーを表すことになりました。 歴史的にエネルギーとして統一的に理解することができるようになったのがほんの200年ほど前であること、更にジュールという単位でエネルギーを扱うことに決まったのが40~50年ほど前であること。 意外と短い歴史なのですが、ここには書ききれない歴史がジュールjには詰まっています。 また、小さな原子レベルの物質は、ジュールでないですが、ev(エレクトロンボルト)というエネルギーの単位で質量を表すことになっています。 単位の話だけでも、調べたら面白いことが判るので興味が有ればご自分で調べてみてください。