Joule

O joule (símbolo: J, plural "joules") é a unidade tradicionalmente usada para medir energia mecânica (trabalho), também utilizada para medir energia térmica (calor). No Sistema Internacional de Unidades (SI), todo trabalho ou energia são medidos em joules.

$\, 1\, \mathrm{J}=1\, \mathrm{kg} \cdot \frac{\mathrm{m}^{2}}{\mathrm{s}^{2}}$

Nomenclatura

James Prescott Joule

A unidade recebeu este nome em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule, que, em 1849, demonstrou a equivalência entre trabalho e calor, ao medir o aumento da temperatura de uma amostra de água quando uma roda de pás é rotacionada dentro dela.

Equivalências

Um joule compreende a quantidade de energia necessária para aplicar a força de um newton pela distância de um metro. Essa mesma quantidade poderia ser dita como um newton metro. No entanto, e para se evitar confusões, reservamos o newton metro como unidade de medida de binário (ou torque).

Além disso, o joule é equivalente a um coulomb volt (C·V), ou o trabalho necessário para se mover a carga elétrica de um coulomb através de uma diferença de potencial de um volt. Pode ainda ser definido como o trabalho produzido com a potência de um watt durante um segundo; ou um watt segundo (compare quilowatt-hora), com W·s. Assim, um quilowatt-hora corresponde a 3.600.000 joules ou 3,6 megajoules. Em energia, é definido pela quantidade de energia necessária para produzir uma aceleração de 1 m/s² em uma massa de 1 kg. ou pela energia potencial de uma massa de 1 kg posta a uma altura de 1 m sobre um ponto de referência, num campo gravitacional de 1 m/s². Como a gravidade terrestre é de 9,81 m/s² ao nível do mar, 1 kg a 1 m acima da superfície da Terra, tem uma energia potencial de 9,8 joules relativa a ela. Ao cair, esta energia potencial gradualmente passará de potencial para cinética, considerando-se a conversão completa no instante em que a massa atingir o ponto de referência. Enquanto a energia cinética é relativa a um modelo inercial, no exemplo o ponto de referência, energia potencial é relativa a uma posição, no caso a superfície da Terra.

Outro exemplo do que é um joule seria o trabalho necessário para levantar uma massa de 1/9,8 Kg na altura de um metro, sob a gravidade terrestre, que também se equivale a um watt por um segundo. Um joule, portanto, seria a energia potencial de uma maçã a um metro do chão. Embora apropriada para objetos macroscópicos, não é uma boa unidade para as relações da física atômica.

Um joule é exatamente igual a 10⁷ ergs e a 1 N × m (1 newton-metro) ou 1 W × s (watt-segundo). É aproximadamente igual a 6,2415 ×10¹⁸ eV (elétron-volts), 0,2390 cal (calorias), 2,3901 ×10⁻⁴ kcal (quilocalorias ), 2,7778 ×10⁻⁷ quilowatt-hora, 2,7778 ×10⁻⁴ watt-hora, 9,8692 ×10⁻³ litro-atmosfera, 9,4782 ×10⁻⁴ BTU. Outras unidades definidas em termos de joule são o watt-hora (3600 J), o quilowatt-hora (3,6 ×10⁶ J ou 3,6 MJ) e a ton TNT (4,184 GJ).

Bibliografia

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• Knight, Randall. Física: Uma Abordagem Estratégica (em português). 2ª ed. [S.l.]: Bookman, 2009. vol. 4. ISBN 9788577805976

Ver também

• James Prescott Joule