จูล
การแสดงพลังงานจูลอย่างเข้าใจง่าย โดยแทนด้วยพลังงานจากแรงขับเคลื่อน
ข้อมูลทั่วไป
ระบบหน่วย	ไอเอส
หน่วยของ	พลังงาน
เครื่องหมาย	เจ
ตั้งชื่อตาม	เจมส์ เพรสคอตต์ จูล
การแปลง
1 J ใน ...	... เท่ากับ ...
หน่วยฐาน SI	กก. ⋅ ม. 2 ⋅ วินาที−2
หน่วย CGS	1 × 10 7เอิร์ก
วัตต์-วินาที	1  วัตต์ ⋅ วินาที
กิโลวัตต์-ชั่วโมง	≈2.78 × 10 −7  กิโลวัตต์⋅ชั่วโมง
กิโลแคลอรี (เทอร์โมเคมี)	2.390 × 10 −4  กิโลแคลอรี
บีทียู	9.48 × 10 −4  บีทียู
อิเล็กตรอนโวลต์	≈6.24 × 10 18  eV

จูล ( / dʒ uː l / JOOLหรือ/ dʒ aʊ l / JOWL ; สัญลักษณ์: J ) เป็นหน่วยของพลังงานในระบบหน่วยสากล (SI) ^{[ 1 ]}ในแง่ของหน่วยฐาน SIหนึ่งจูลสอดคล้องกับหนึ่งกิโลกรัม - เมตรกำลัง สอง ต่อวินาทีกำลังสอง(1 J = 1 kg⋅m ² ⋅s ⁻² )หนึ่งจูลเท่ากับปริมาณงานที่ทำเมื่อแรงหนึ่งนิวตัน ทำให้ วัตถุเคลื่อนที่ไปเป็นระยะทางหนึ่งเมตรในทิศทางของแรงนั้น นอกจากนี้ยังเป็นพลังงานที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนเมื่อกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์ไหลผ่านความต้านทานหนึ่งโอห์มเป็นเวลาหนึ่งวินาที ชื่อของหน่วยนี้ตั้งตามชื่อของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจมส์ เพรสคอตต์ จูล (ค.ศ. 1818–1889) ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

ตามข้อมูลจากสำนักงานมาตรวิทยาสากลหน่วยจูลถูกนิยามว่า "งานที่ทำเมื่อจุดที่ใช้แรง 1 หน่วย MKS [นิวตัน] เคลื่อนที่ไปเป็นระยะทาง 1 เมตรในทิศทางของแรง" ^{[ 5 ]}

ในแง่ของหน่วยฐาน SIและในแง่ของหน่วยอนุพันธ์ SI ที่มีชื่อเฉพาะจูลถูกกำหนดเป็น^{[ 6 ]}

หนึ่งจูลเทียบเท่ากับสิ่งต่อไปนี้: ^{[ 7 ]}

• งานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนประจุไฟฟ้าหนึ่งคูลอมบ์ผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้าหนึ่งโวลต์ หรือ 1 คูลอมบ์-โวลต์ (C⋅V) ความสัมพันธ์นี้สามารถนำมาใช้กำหนดนิยามของโวลต์ได้
• งานที่จำเป็นในการผลิตพลังงาน 1 วัตต์ ใน 1 วินาที หรือ 1 วัตต์-วินาที (W⋅s) (เปรียบเทียบกับกิโลวัตต์-ชั่วโมงซึ่งเท่ากับ 3.6 เมกะจูล) ความสัมพันธ์นี้สามารถนำมาใช้กำหนดนิยามของหน่วยวัตต์ได้

หน่วยจูลตั้งชื่อตามเจมส์ เพรสคอตต์ จูล เช่นเดียวกับหน่วย SIทุกหน่วยที่ตั้งชื่อตามบุคคล สัญลักษณ์ของหน่วยนี้เริ่มต้นด้วย ตัวอักษร พิมพ์ใหญ่ (J) แต่เมื่อเขียนแบบเต็ม จะเป็นไปตามกฎการใช้ตัวพิมพ์ใหญ่ของคำนามทั่วไปกล่าวคือจูลจะใช้ตัวพิมพ์ใหญ่เมื่อขึ้นต้นประโยคและในชื่อเรื่อง แต่จะใช้ตัวพิมพ์เล็กในกรณีอื่นๆ^{[ 8 ]}

ใน การประชุม สมาคมวิทยาศาสตร์แห่งอังกฤษ เมื่อปี ค.ศ. 1882 ประธานบริษัทซีเมนส์ (ซ้าย) เสนอให้ตั้งชื่อหน่วยนี้ตามชื่อของเจมส์ เพรสคอตต์ จูล (ขวา)

ระบบCGSได้รับการประกาศใช้อย่างเป็นทางการในปี 1881 ในการประชุมนานาชาติว่าด้วยไฟฟ้า ครั้งแรก หน่วยเอิร์ก (erg)ถูกนำมาใช้เป็นหน่วยพลังงานในปี 1882 วิลเฮล์ม ซีเมนส์ในสุนทรพจน์ในพิธีเข้ารับตำแหน่งประธานสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งอังกฤษ (23 สิงหาคม 1882) ได้เสนอหน่วย จูล (joule)เป็นหน่วยความร้อนเป็นครั้งแรก โดย ให้หน่วยจูลได้มาจากหน่วยแม่เหล็กไฟฟ้าแอมแปร์ (ampere)และโอห์ม (ohm ) ในหน่วย CGS ที่เทียบเท่ากับ...10 ⁷  เอิร์กการตั้งชื่อหน่วยนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่เจมส์ เพรสคอตต์ จูล (ค.ศ. 1818–1889) ซึ่งขณะนั้นเกษียณอายุแล้วและมีอายุ 63 ปี เป็นไปตามคำแนะนำของซีเมนส์:

หากหน่วยความร้อนดังกล่าวได้รับการยอมรับ ผมคิดว่าน่าจะเรียกว่าจูลได้อย่างเหมาะสม ตามชื่อของชายผู้ที่ได้มีส่วนสำคัญในการพัฒนาทฤษฎีพลศาสตร์ของความร้อน^{[ 9 ]}

ในการประชุมนานาชาติทางไฟฟ้าครั้งที่สอง เมื่อวันที่ 31 สิงหาคม พ.ศ. 2432 หน่วยจูลได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการควบคู่ไปกับหน่วยวัตต์และควอดแรนต์ (ซึ่งต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็นเฮนรี ) ^{[ 10 ]} จูลเสียชีวิตในปีเดียวกันนั้นเอง เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม พ.ศ. 2432 ในการประชุมครั้งที่สี่ (พ.ศ. 2436) ได้มีการกำหนด "แอมแปร์สากล" และ "โอห์มสากล" โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในข้อกำหนดสำหรับการวัด โดย "จูลสากล" เป็นหน่วยที่ได้มาจากหน่วยเหล่านั้น^{[ 11 ]}

ในปี พ.ศ. 2478 คณะกรรมการไฟฟ้าสากล (ในฐานะองค์กรสืบทอดของสภาคองเกรสไฟฟ้าสากล) ได้นำระบบ " Giorgi " มาใช้ ซึ่งโดยอาศัยการสมมติค่าคงที่แม่เหล็ก ที่กำหนดไว้ ก็หมายถึงการกำหนดนิยามใหม่ของจูลด้วย ระบบ Giorgi ได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรวัดและหน่วยวัดในปี พ.ศ. 2489 จูลจึงไม่ได้ถูกกำหนดตามหน่วยแม่เหล็กไฟฟ้าอีกต่อไป แต่ถูกกำหนดเป็นหน่วยของงานที่ทำโดยหน่วยแรงหนึ่งหน่วย (ในขณะนั้นยังไม่ได้ตั้งชื่อว่านิวตัน ) ในระยะทาง 1 เมตรจูลมีจุดประสงค์อย่างชัดเจนให้เป็นหน่วยของพลังงานที่จะใช้ในบริบททั้งทางแม่เหล็กไฟฟ้าและทางกล^{[ 12 ]}การให้สัตยาบันนิยามในการประชุมใหญ่ครั้งที่ 9 ว่าด้วยมาตรวัดและหน่วยวัดในปี พ.ศ. 2491 ได้เพิ่มข้อกำหนดว่าจูลควรได้รับการเลือกใช้เป็นหน่วยของความร้อนในบริบทของแคลอรีเมตรีด้วยซึ่งเป็นการยกเลิกการใช้แคลอรี อย่างเป็นทางการ ^{[ 13 ]} นี่คือคำจำกัดความที่ประกาศไว้ในระบบหน่วยสากล สมัยใหม่ ในปี พ.ศ. 2503 ^{[ 14 ]}

นิยามของจูลเป็น J = kg⋅m ² ⋅s ⁻²ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่ปี 1946 แต่จูลในฐานะหน่วยอนุพันธ์ได้รับมรดกการเปลี่ยนแปลงในนิยามของ วินาที (ในปี 1960 และ 1967) เมตร (ในปี 1983) และกิโลกรัม ( ในปี 2019 ) ^{[ 15 ]}

หนึ่งจูลมีค่าประมาณ:

• พลังงานโดยทั่วไปที่ร่างกายคนเราปล่อยออกมาในรูปของความร้อนขณะพักผ่อนทุกๆ 1/60 วินาที (~16.6667  มิลลิวินาทีอัตราการเผาผลาญพื้นฐาน ); ประมาณ 5,000  กิโลจูล (1,200  กิโลแคลอรี ) ต่อวัน
• ปริมาณไฟฟ้าที่จำเป็นในการใช้งานอุปกรณ์ 1  วัตต์สำหรับ1  วินาที​
• พลังงานที่จำเป็นในการเร่งความเร็วมวล1  กิโลกรัม1  ม./วินาที^²ผ่านระยะทาง1  ม .
• พลังงานจลน์ของ​มวล2  กิโลกรัมเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว1  เมตร/วินาทีหรือมวล 1  กิโลกรัมเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว1.41  เมตร/วินาที
• พลังงานที่ต้องใช้ในการยกแอปเปิลขึ้นสูง 1 เมตร โดยสมมติว่าแอปเปิลมีมวล 101.97 กรัม
• ความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 0.239 กรัมจาก 0 °C เป็น 1 °C ^{[ 16 ]}
• พลังงานจลน์ของ​มนุษย์ หนัก 50 กิโลกรัมเคลื่อนที่ช้ามาก (0.2 เมตร/วินาที หรือ 0.72 กิโลเมตร/ชั่วโมง)
• พลังงานจลน์ของลูกเทนนิส หนัก 56 กรัมเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 6 ม./วินาที (22 กม./ชม.) ^{[ 17 ]}
• พลังงาน (กิโลแคลอรี) ในน้ำตาลทรายเม็ดขนาดปกติประมาณครึ่งเม็ด (0.102  มิลลิกรัม /ผลึก)

เซปโตจูล

160 เซปโตจูล เท่ากับประมาณ 1 อิเล็กตรอนโวลต์

พลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการเปลี่ยนแปลงข้อมูลหนึ่งบิตในการคำนวณที่อุณหภูมิห้องโดยประมาณ – เท่ากับกี่มิลลิวินาที2.75 zJ – กำหนดโดย ขีดจำกัด ของLandauer

นาโนจูล

160 นาโนจูลเทียบเท่ากับพลังงานจลน์ของยุงที่กำลังบิน^{[ 18 ]}

ไมโครจูล

เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (LHC) สร้างการชนกันที่มีพลังงานระดับไมโครจูล (7 TeV) ต่ออนุภาค

กิโลจูล

ฉลากโภชนาการอาหารในประเทศส่วนใหญ่ระบุพลังงานเป็นกิโลจูล (kJ) ^{[ 19 ]}

พื้นที่ 1 ตารางเมตรของโลกได้รับแสงแดดประมาณรังสีจากดวงอาทิตย์ 1.4 กิโลจู ล ต่อวินาทีในเวลากลางวันเต็มที่^{[ 20 ]}มนุษย์ที่วิ่งเร็วจะมีพลังงานจลน์ประมาณ 3 กิโลจูล^{[ 21 ]}ในขณะที่เสือชีตาห์ในการวิ่งด้วยความเร็ว 122  กม./ชม. (76 ไมล์/ชม.) ใช้พลังงานประมาณ 20 กิโลจูล^{[ 22 ]}หนึ่งวัตต์-ชั่วโมงของไฟฟ้าหรือพลังงานรูปแบบอื่นใดเท่ากับ 3.6 กิโลจูล

เมกะจูล

เมกะจูล คือพลังงานจลน์โดยประมาณของยานพาหนะหนัก 1 เมกะกรัม (1 ตัน) ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 44.7 เมตรต่อวินาที (161 กิโลเมตรต่อชั่วโมง; 100 ไมล์ต่อชั่วโมง)

พลังงานที่จำเป็นในการให้ความร้อนน้ำปริมาณ 10 ลิตรที่ความดันคงที่ จาก 0 °C (32 °F) ถึง 100 °C (212 °F) จะมีอุณหภูมิโดยประมาณ4.2  เมกะจูล

หนึ่งกิโลวัตต์ชั่วโมงไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าหรือพลังงานรูปแบบอื่นใด เท่ากับ 3.6 เมกะจูล

กิกะจูล

6  กิกะจูลเทียบเท่ากับพลังงานเคมี ของการเผาไหม้ ปิโตรเลียม 1 บาร์เรล (159 ลิตร) ^{[ 23 ]} 2 กิกะจูลเทียบเท่ากับ หน่วย พลังงานพลังค์หนึ่งเมกะวัตต์-ชั่วโมงของไฟฟ้าหรือพลังงานรูปแบบอื่นใดเท่ากับ 3.6 กิกะจูล

เทราจูล

เทราจูลมีค่าประมาณเท่าใด0.278  กิกะวัตต์ชั่วโมง (ซึ่งมักใช้ในตารางพลังงาน) ประมาณลิตเติลบอยปล่อยพลังงานออกมา63  TJ ^{[ 24 ]}สถานีอวกาศนานาชาติมีมวลประมาณ450  เมกะกรัมและความเร็ววงโคจร7700  ม. / วินาที^{[ 25 ]}มีพลังงานจลน์ประมาณ13 TJในปี 2017 พายุเฮอริเคนเออร์มาคาดว่าจะมีพลังงานลมสูงสุดอยู่ที่ 13 TJ112 TJ [ ^{26 ] [ 27 ] หนึ่ง} กิกะวัตต์ชั่วโมงของไฟฟ้าหรือพลังงานรูปแบบอื่นใดคือ 3.6 TJ

เพตาจูล

210 เพตาจูลเท่ากับประมาณ50  เมกะตันของทีเอ็นที ซึ่งเป็นปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากระเบิดซาร์บอมบาการระเบิดที่มนุษย์สร้างขึ้นครั้งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา หนึ่งเทราวัตต์ชั่วโมงไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าหรือพลังงานรูปแบบอื่นใด เท่ากับ 3.6 เพตาจูล

เอ็กซาจูล

แผ่นดินไหวและสึนามิโทโฮคุปี 2011ในญี่ปุ่นได้...พลังงาน 1.41 เอ็กซาจูลตามระดับความรุนแรง 9.0 บนมาตราความรุนแรงโมเมนต์การใช้พลังงานของสหรัฐฯต่อปีมีปริมาณประมาณ94 EJและปริมาณการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายของโลกคือ439 EJในปี 2021 ^{[ 28 ]} หนึ่งเพตาวัตต์-ชั่วโมงของไฟฟ้า หรือพลังงานรูปแบบอื่นใด เท่ากับ 3.6 EJ

เซตตาจูล

เซตตาจูลมีค่ามากกว่าปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำให้น้ำทะเลบอลติก ร้อน ขึ้น 1 องศาเซลเซียส โดยสมมติว่ามีคุณสมบัติคล้ายกับน้ำบริสุทธิ์ [ ^{29 ] การ}บริโภคพลังงานทั่วโลกต่อปีของมนุษย์มีค่าประมาณ0.5 ไมโครจูลพลังงานที่ใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศโลก 1 องศาเซลเซียส มีค่าประมาณ2.2 ZJ .

ยอตตาจูล

ยอตตาจูลมีค่าน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นในการทำให้มหาสมุทรอินเดีย ร้อนขึ้น 1 องศาเซลเซียส โดยถือว่ามีคุณสมบัติคล้ายกับน้ำบริสุทธิ์^{[ 29 ]}ผลผลิตความร้อนของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 400 ยอตตาจูลต่อวินาที (400 YW) ^{[ 30 ]}

1 จูล มีค่าเท่ากับ (โดยประมาณ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น):

• 1.0 × 10 ⁷  เอิร์ก (อย่างแม่นยำ)
• 6.24151 × 10 ¹⁸  eV
• 9.47817 × 10 ⁻⁴  BTU
• 0.737562 ฟุต-ปอนด์ (ฟุต-ปอนด์)
• 23.7304 ฟุต-ปอนด์ (ft-pdl)

หน่วยที่มีค่าเทียบเท่าที่แน่นอนในหน่วยจูล ได้แก่:

• 1 แคลอรี เทอร์โมเคมี = 4.184  จูล^{[ 31 ]}
• 1 แคลอรี่ตารางสากล = 4.1868  จูล^{[ 32 ]}
• 1  วัตต์⋅ชั่วโมง = 3,600 จูล; 3.6 กิโลจูล
• 1  กิโลวัตต์⋅ชั่วโมง = 3.6 × 10⁶^จู  ล; 3.6 เมกะจูล^
• 1  W⋅s =1 เจ
• 1 ตัน TNT = 4.184 กิกะจูล 
• 1 ศัตรู = 10 ⁴⁴  J ^{[ 33 ]}
• 1 กิโลปอนด์เมตร = 9.80665 จูล

ในกลศาสตร์แนวคิดของแรง (ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง) มีความคล้ายคลึงอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของแรงบิด (เกี่ยวกับมุมใดมุมหนึ่ง): ^{[ 34 ] [ 35 ]}

ผลจากความคล้ายคลึงกันนี้คือ หน่วย SI สำหรับแรงบิดคือนิวตัน-เมตรซึ่งเมื่อคำนวณทางพีชคณิต แล้ว จะมีมิติเท่ากับจูล แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้การประชุมใหญ่ว่าด้วยมาตรวัดและน้ำหนัก ได้กำหนด ชื่อหน่วยพลังงาน เป็น จูลแต่ไม่ได้กำหนดชื่อเฉพาะให้กับหน่วยแรงบิด ดังนั้นจึงเรียกว่า นิวตัน-เมตร (N⋅m) ซึ่งเป็นชื่อผสมที่ได้มาจากส่วนประกอบต่างๆ^{[ 36 ]}การใช้นิวตัน-เมตรสำหรับแรงบิด แต่ใช้จูลสำหรับพลังงานนั้นเป็นประโยชน์ในการหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดและการสื่อสารที่ผิดพลาด^{[ 36 ]}

ความแตกต่างนี้ยังเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานเป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่ง เป็นผลคูณดอทของเวกเตอร์ แรง และเวกเตอร์การกระจัด ในทางตรงกันข้าม แรงบิดเป็นเวกเตอร์ ซึ่งเป็นผลคูณไขว้ของเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์ระยะทาง แรงบิดและพลังงานมีความสัมพันธ์กันโดยสมการ $${\displaystyle E=\tau \theta \,,}$$

โดยที่Eคือพลังงาน, τคือแรงบิด ( ขนาดเวกเตอร์ของแรงบิด) และθคือมุมที่กวาดไป (ในหน่วยเรเดียน ) เนื่องจากมุมระนาบไม่มีมิติ ดังนั้นแรงบิดและพลังงานจึงมีมิติเดียวกัน

วัตต์-วินาที (สัญลักษณ์W sหรือW⋅s ) เป็นหน่วยพลังงานอนุพันธ์ที่เทียบเท่ากับจูล^{[ 37 ]}วัตต์-วินาทีคือพลังงานที่เทียบเท่ากับกำลังหนึ่งวัตต์ที่คงอยู่เป็นเวลาหนึ่งวินาทีแม้ว่าวัตต์-วินาทีจะเทียบเท่ากับจูลทั้งในด้านหน่วยและความหมาย แต่ก็มีบางบริบทที่ใช้คำว่า "วัตต์-วินาที" แทน "จูล" เช่น ในการจัดอันดับของหน่วยแฟลชอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการถ่าย ภาพ^{[ 38 ]}

• ความหมายของจูลในพจนานุกรมวิกิพีเดีย