Joule

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O joule (símbolo: J, plural "joules") é a unidade tradicionalmente usada para medir energia mecânica (trabalho), também utilizada para medir energia térmica (calor).[1] No Sistema Internacional de Unidades (SI), todo trabalho ou energia são medidos em joules.[2] [3]

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

Nomenclatura[editar | editar código-fonte]

A unidade recebeu este nome em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule,[4] que, em 1849,[1] 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.[5]

Equivalências[editar | editar código-fonte]

Um joule compreende a quantidade de energia correspondente a aplicação de uma força de um newton durante um percurso de um metro. Ou seja, é a energia que acelera uma massa de um Kg a um m/s² num espaço de um metro.[1] 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.[2] 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.[6] Embora apropriada para objetos macroscópicos, não é uma boa unidade para as relações da física atômica.[7]

Um joule é exatamente igual a 107 ergs[8] 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[nota 1] ), 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).

Notas

  1. Conhecido popularmente por "Calorias", quando se refere a energia alimentar

Referências

  1. a b c Barrow 1982, p. 141
  2. a b Dossat 2004
  3. Hewitt 2002, p. 664
  4. Dias 2006, p. 39
  5. Hindrich 2003, p. 81
  6. Hindrich 2003, p. 40
  7. Knight 2009, p. 1196
  8. Gardini 1982, p. 228

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

  • Barrow, Gordon M. Físico-Química (em português). Rio de Janeiro: Reverté, 1982. ISBN 9788585006051
  • Dias, Rubem Alves; Mattos, Cristiano Rodrigues de; Balestieri, José Antônio Perrella. O uso racional da energia (em português). São Paulo: Editora UNESP, 2006. ISBN 9788571396814
  • Dossat, Roy J. Princípios de refrigeração (em português). [S.l.]: Hemus, 2004. 884 pp. ISBN 9788528901597
  • Gardini, Giácomo; Lima, Norberto de Paula. Dicionário de eletrônica inglês/português (em português). 2 ed. [S.l.]: Hemus, 1982. 480 pp. ISBN 9788528902143
  • Hewitt, Paul G. Física Conceitual (em português). 9 ed. [S.l.]: Bookman, 2002. 685 pp. ISBN 9788536300405
  • Hindrich, Roger; Kleinbach, Merlin. Energia e Meio Ambiente (em português). São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003. ISBN 9788522103379
  • Knight, Randall. Física: Uma Abordagem Estratégica (em português). 2ª ed. [S.l.]: Bookman, 2009. vol. 4. ISBN 9788577805976

Ver também[editar | editar código-fonte]