Joule

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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]

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 1 kg a 1 m/s² num espaço de 1 m.[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).

Múltiplos[editar | editar código-fonte]

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Zeptojoule[editar | editar código-fonte]

O zeptojoule (zJ) é igual a 1 sextilionésimo (10-21) de um joule. 160 zeptojoules equivalem a 1 elétron-volt.

Nanojoule[editar | editar código-fonte]

O nanojoule (nJ) é igual a 1 bilionésimo (10-9) de um joule. 1 nanojoule é por volta de 1/160 da energia cinética de um mosquito a voar.[9]

Microjoule[editar | editar código-fonte]

O microjoule (μJ) é igual a 1 milionésimo (10-6) de um joule. O Grande Colisor de Hádrons (LHC) produz colisões de microjoules da ordem de 7 TeV por partícula.

Milijoule[editar | editar código-fonte]

O milijoule (mJ) é igual a 1 milésimo (10-3) de um joule.

Kilojoule[editar | editar código-fonte]

O kilojoule (kJ) é igual a 1 mil (103) joules. Tabelas de nutrição em vários países mostram a energia em quilojoules (kJ).

Megajoule[editar | editar código-fonte]

O megajoule (MJ) é igual a 1 milhão (106) joules. Aproximadamente a energia cinética de uma megagrama (tonelada) de um veículo movendo-se a 160 km/h.

Gigajoule[editar | editar código-fonte]

o gigajoule (GJ) é igual a 1 bilhão (109) joules. 6 GJ são aproximadamente a mesma quantidade do potencial de energia química em 160 litros de óleo, quando combustado.[10] 2 GJ corresponde a unidade de Energia de Planck.

Terajoule[editar | editar código-fonte]

O terajoule (TJ) é igual a 1 trilhão (1012) de joules; aproximadamente 0,278 GWh. Aproximadamente 63 TJ de energia foi liberado pela bomba atômica lançada sobre Hiroshima.[11] A Estação Espacial Internacional, com uma massa de aproximadamente 450 megagramas e velocidade orbital de 7,7 km/s,[12] tem uma energia cinética de aproximadamente 13 TJ.

Petajoule[editar | editar código-fonte]

O petajoule (PJ) é igual a 1 quadrilhão (1015) de joules. 210 PJ é equivalente a aproximadamente 50 megatons de TNT. Isto é a quantidade de energia liberada pela Tsar Bomba, a maior explosão nuclear feita pelo homem de todos os tempos.

Exajoule[editar | editar código-fonte]

O exajoule (EJ) é igual a 1 quintilhão (1018) de joules. O Sismo e tsunami de Tohoku de 2011 liberou cerca de 1.41 EJ de energia de acordo com a escala de 9.0 graus da Escala de magnitude de momento. Anualmente o consumo de energia dos Estados Unidos equivale a aproximadamente 94 EJ.

Zettajoule[editar | editar código-fonte]

O zettajoule (ZJ) é igual a 1 sextilhão (1021) de joules. O consumo anual de energia da humanidade e equivalente a aproximadamente 0.5 ZJ.

Yottajoule[editar | editar código-fonte]

O yottajoule (YJ) e igual a 1 septilhão (1024) de joules. Isto é aproximadamente a quantidade de energia necessária para esquentar toda a água da Terra em 1 °C. A liberação térmica do Sol é equivalente a aproximadamente 400 YJ por segundo.

Tabela[editar | editar código-fonte]

Múltiplos do Sistema Internacional para joule (J)
Submúltiplos Múltiplos
Valor Símbolo Nome Valor Símbolo Nome
10−1 J dJ decijoule 101 J daJ decajoule
10−2 J cJ centijoule 102 J hJ hectojoule
10−3 J mJ milijoule 103 J kJ kilojoule
10−6 J µJ microjoule 106 J MJ megajoule
10−9 J nJ nanojoule 109 J GJ gigajoule
10−12 J pJ picojoule 1012 J TJ terajoule
10−15 J fJ femtojoule 1015 J PJ petajoule
10−18 J aJ attojoule 1018 J EJ exajoule
10−21 J zJ zeptojoule 1021 J ZJ zettajoule
10−24 J yJ yoctojoule 1024 J YJ yottajoule
Prefixos comuns estão em negrito.

Notas

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

Referências

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

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

Ver também[editar | editar código-fonte]