جول (بالإنجليزية: Joule)‏ في الفيزياء والكيمياء هي وحدة قياس الطاقة وأطلق عليها جول تكريمًا للعالمِ جيمس بريسكوت جول لاكتشافه العلاقة بين الشغل المبذول والطاقة الناتجة.

1 جول = 1 كيلوجرام , متر²/ثانية ² 1 جول = 1 نيوتن, 1 متر 1 جول = 1 واط,1 ثانية 1 جول = 1 كولوم ,1 فولت

تاريخ

تم الإعلان عن نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية رسميًا في عام 1881م في أول مؤتمر دولي للكهرباء. وتم اعتماد وحدة إرج كوحدة للطاقة له في عام 1882. اقترح فيلهلم سيمنز، في حدثته الافتتاحية كرئيس الجمعية البريطانية لتقدم العلوم (23 أغسطس 1882) لأول مرة الجول كوحدة للحرارة، ليتم اشتقاقها من الوحدات الكهرومغناطيسية الأمبير والأوم، والتي (الجول) تعادلعشرة مليون إرج في هذا النظام. تعود تسمية الوحدة تكريماً لجيمس بريسكوت جول (1818-1889) ، في الوقت الذي كان قد تقاعد فيه لكن لا يزال حياً (63 عامًا)، نطق سيمنز فيه:

"أعتقد حتى وحدةً كهذه للحرارة إذا وجدت مقبولة، يمكن حتى تسمى مع كثير من الأدب : "جول" ، بعد الرجل الذي عمل الكثير لتطوير نظرية الديناميكا الحرارية".

في المؤتمر الدولي الثاني للكهرباء، في 31 أغسطس 1889 ، تم اعتماد الجول رسميًا جنبًا إلى جنب مع الواط، والكوادرانت (أعيد تسميته لاحقًا إلى هنري). توفي جول في نفس العام في 11 أكتوبر 1889. في المؤتمر الرابع (1893) ، تم تعريف "الأمبير الدولي" و"الأوم الدولي" مع تغييرات طفيفة في تعيين قياسهم، مع "الجول الدولي" الوحدة المشتقة منهما.

في عام 1935 ، تبنت اللجنة الكهروتقنية الدولية (بصفتها المنظمة الخلف للمؤتمر الدولي للكهرباء) "نظام جيورجي" ، وذلك استناداً إلى افتراض قيمة محددة لثابت الفراغ المغناطيسي تضمنت أيضًا إعادة تعريف للجول. تمت الموافقة على نظام جيورجي من قبل اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس في عام 1946. منذ ذلك الحين لم يعد يتم تحديد الجول استناداً إلى وحدة كهرومغناطيسية، ولكن بدلاً من ذلك كوحدة للشغل يتم بذلها عن طريق وحدة واحدة من القوة (في ذلك الوقت لم يتم تسميتها بنيوتن بعد) لمسافة 1 متر. كان المقصود من الجول بوضوح هوحتىقد يكون وحدة الطاقة التي سيتم استخدامها في كلا السياقات الكهرومغناطيسية والميكانيكية. أضاف التصديق على التعريف في المؤتمر العام التاسع للأوزان والمقاييس في عام 1948 ، تعيين الجول ليكون مفضلاً أيضاً كوحدة للحرارة في سياق قياس المثمنية ، مما يقلل بشكل رسمي استخدام الثمنة. كان هذا التعريف هوالتعريف التالي المباشر للجول كما تم اعتماده في نظام الوحدات الدولي الحديث في عام 1960.

بقي تعريف الجول على أنه = كيلوغرام.متر ².ثانية ^-2 دون تغيير منذ عام 1946. لكن الجول كوحدة مشتقة قد شهِدَ تغييرات على تعريفات الثانية (في 1960 و1967)، والمتر (في 1983)، والكيلوغرام (في 2019).

تفسير ومقارنة

1 جول يعادل:

• تسليط قوة قدرها 1 نيوتن عبر مسافة 1 متر.
• تشغيل قدرة قدرها 1 واط لمدة 1 ثانية.
• تعادل الطاقة التي تكتسبها شحنة كهربية مقدارها 1 كولوم عند تسريعها بين فرق جهد مقداره 1 فولت.

أو1 جول هي الطاقة اللازمة لعمل أحد العمليات الآتية:

• الطاقة اللازمة لحمل 1 جرام ماء في درجة حرارة 15 درجة مئوية إلى درجة 15.239 درجة مئوية.

(أي حتى الحرارة اللازمة لحمل درجة حرارة 1 جرام ماء من 15 إلى 16 درجة مئوية تعادل 4.18 جول أو1 ثمنة صغيرة).

• حمل نطقب شوكولاته وزنه 0.102 كيلوجرام مسافة 1 متر.
• تشغيل قدرة قدرها 1 واط مدة 1 ثانية . هذه طاقة تعادل قدرة قلب الإنسان  - (1 واط.ثانية)
• الطاقة اللازمة لتسيير تيار كهربائي قدره 1 أمبير بين فرق جهد قدره 1 فولت مدة 1 ثانية. أي (فولت. متر. ثانية)

نرى من ذلك حتى الطاقة لها صور مختلفة : حرارة ، أوطاقة كهربائية ، أوطاقة حركية ، وجميعها يمكن حسابها بالجول.

في النظام العالمي للوحدات يُحسب الجول كالآتي:

${\displaystyle 1~{\rm {J =1~{\rm {{N \cdot {\rm {m =1~{\frac {\mathrm {kg \cdot \mathrm {m ^{2 {\mathrm {s ^{2 =1~{\rm {{W \cdot {\rm {s$

وهي تعادل التعريف الأول (أعلى الصفحة) ،حيث:

J جول

N نيوتن (وحدة)

m متر

W واط

s ثانية

• من هذه العلاقات يتضح حتى الطاقة يمكن حتى تتخذ صورا مختلفة : طاقة حرارية ، طاقة كهربائية ، طاقة حركة ، ويمكن بواسطة تلك العلاقات التحويل بين وحدات الطاقة .

الإرج

عندما نتعامل مع الذرات والجزيئات في الكيمياء نجد حتى وحدة "جول" تكون كبيرة جدا لها، لذلك نسنخدم في تلك الحالة وحد أصغر للطاقة، وهي الإرج (erg):

• وتوجد علاقة بين الجول والإرج (erg) ؛ حيث :

10 مليون إرج = 1 جول

قواسم ومضاعفات

يوكتوجول

اليوكتوجول (yJ) يساوي (^24-10) من الجول.

زيبتوجول

الزيبتوجول (zJ) يساوي واحد على سكستليون (^21-10) من الجول. 160 زيبتوجول تعادل تقريباً 1 إلكترون فولت.

أدنى طاقة مطلوبة لتغيير بت (في جهاز كمبيوتر) في درجة حرارة الغرفة تبلغ حوالي 2.75 زيبتوجول.

أتُّوجول

الأتُّوجول (aJ) يساوي (^18-10) من الجول.

فيمتوجول

الفيمتوجول (fJ) يساوي (^15-10) من الجول.

بيكوجول

البيكوجول (pJ) يساوي واحد على تريليون (^12-10) من الجول.

نانوجول

النانوجول (nJ) يساوي واحد على مليار (^9-10) من الجول. 160 نانوجول هي تقريباً طاقة الحركة لطيران بعوضة.

مايكروجول

المايكروجول (μJ) يساوي واحد على مليون (^6-10) من الجول. مصادم الهدرونات الكبير يُنتج تصادمات في نطاق المايكروجول (7 تيرا إلكترون فولت) لكل جسيم.

ميللي جول

الميللي جول (mJ) يساوي واحد على ألف (^3-10) من الجول.

كيلوجول

الكيلوجول (kJ) يساوي ألف (10³) جول. ملصقات أغذية الطعام في معظم الدول تخط الطاقة بالكيلوجول.

المتر المربع الواحد من سطح الأرض يستقبل حوالي 1.4 كيلوجول من الإشعاع الشمسي جميع ثانية في منتصف النهار.

ميغا جول

الميغا جول (MJ) يساوي مليون (10⁶) جول. أوتقريباً طاقة الحركة لسيارة تزن 1 طن تسير بسرعة 161 كم/ساعة.

الطاقة اللازمة لتسخينعشرة لترات من الماء السائل تحت ضغط ثابت من 0 درجة مئوية (32 فهرنهايت) إلى 100 درجة (212 فهرنهايت) تبلغ حوالي 4.2 ميغا جول.

واحد كيلوواط ساعي من الكهرباء يساوي 3.6 ميغا جول.

جيجا جول

الجيجا جول (GJ) يساوي مليار (10⁹) جول.ستة جيجا جول هي تقريباً الطاقة الكيميائية الناتجة عن حرق برميل واحد (159 لتر) من النفط الخام. 2 جيجا جول هي تقريباً طاقة بلانك.

تيرا جول

التيرا جول (TJ) يساوي تريليون (10¹²) جول. أوحوالي 0.278 جيجاواط ساعي (والتي تستخدم عادةً في لوحات الطاقة). حوالي 63 تيرا جول هي الطاقة الناتجة عن انفجار القنبلة النووية التي أُلقيت على هيروشيما. محطة الفضاء الدولية التي تزن 450 طن والتي تبلغ سرعتها المدارية 7.7 كم/الثانية لها طاقة حركة حوالي 13 تيرا جول. في عام 2017 إعصار إيرما قُدّر حتى طاقته الريحية القصوى بلغت 112 تيرا جول.

بيتا جول

البيتا جول (PJ) يساوي كوادريليون (10¹⁵) جول. 210 بيتا جول هي تقريباً طاقة 50 مليون طن من مادة TNT، والتي تعادل الطاقة الناتجة عن انفجار قنبلة القيصر، أكبر انفجار صنعه الإنسان على الإطلاق.

إكسا جول

الإكسا جول (EJ) يساوي كوينتليون (10¹⁸) جول. زلزال وتسونامي توهوكو2011 في اليابان كان له 1.41 إكسا جول من الطاقة طبقاً لشدته التي بلغت 9.0 على مقياس درجة العزم. معدل استهلاك الطاقة السنوي في الولايات المتحدة يُقدَّر بحوالي 94 إكسا جول .

زيتَّا جول

الزيتَّا جول (ZJ) يساوي سكستليون (10²¹) جول. معدل استهلاك الطاقة العالمي السنوي يبلغ تقريباً 0.5 زيتَّا جول.

يوتَّا جول

اليوتَّا جول (YJ) يساوي سيبتليون (10²⁴) جول. هذا يعادل تقريباً كمية الطاقة اللازمة لتسخين جميع الماء الموجود على الأرض بمقدار درجة مئوية واحدة. الطاقة الحرارية الخارجة من الشمس تبلغ تقريباً 400 يوتَّا جول جميع ثانية.

مللي جول

الميللي جول = 1 / 1000 من الجول .

العلاقة بين الجول والإلكترون فولت

عند التعامل مع الذرة والجسيمات الأولية نجد حتى وحدة الجول كبيرة جدا. لذلك لتسهيل الحسابات على المستوى الذري ابتكر الفيزيائيون وحدة إلكترون فولت لحساب طاقة الجسيمات الأولية ومنها الإلكترون.

والعلاقة بين الجول والإلكترون فولت تبلغ:

1 إلكترون فولت = 1.602×10^-19 جول

العلاقة بين الجول والثمنة الحرارية

1 ثمنة حرارية (صغيرة) = 4.18 جول.

الجول والثمنة الحرارية هي وحدات الحرارة التي يجري استخدامها عند التعامل مع المحتوى الحراري للمواد الغذائية ، وتجدها أحيانا مكتوبة على عبوات المواد الغذائية لكل 100 جرام .

الواط ثانية

الواط ثانية (أيضاً: واط-ثانية، رمز: W s، أو: W•s) هي وحدة دولية مشتقة للطاقة تعادل الجول. الواط-ثانية هي الطاقة التي تعادل قوة واحد واط لمدة ثانية واحدة. في حين حتى الواط-ثانية يعادل الجول من حيث الوحدة والمعنى، هناك بعض السياقات التي يُستخدم فيها مصطلح واط-ثانية بدلاً من الجول.

التصوير الفوتوغرافي

في التصوير الفوتوغرافي، الوحدة المستخدمة في الفلاشات هي الواط-ثانية. يمكن للفلاش حتىقد يكون مصنف بالواط-ثانية (مثل 300 W⋅s) أوبالجول (أسماء مختلفة للشيء نفسه)، ولكن تاريخياً تم استخدام مصطلح واط-ثانية وهومستمر في الاستخدام. بالنسبة لفلاش كاميرا، استخدام مكثف بسعة 1000 مايكروفاراد عند 300 فولت ستكون 45 واط-ثانية. فلاشات الإستديوهات التي تستخدم مكثفات أكبر وجهود أعلى، تقع في نطاق 200-2000 واط-ثانية.

الطاقة التصنيفية للفلاش ليست مؤشر موثوق على الضوء الخارج منه، لأن هناك عوامل كثيرة تؤثر على كفاءة تحويل الطاقة. على سبيل المثال، بنية الأنبوب تؤثر على الكفاءة، واستخدام العاكسات والفلاتر يُغيّر من الضوء الخارج نحوالجسم. بعض الشركات تحدد منتجاتها بواط-ثانية "حقيقي"؛ وبعضها تحدد منتجاتها بواط-ثانية "إسمي".

انظر أيضا

• إلكترون فولت
• نيوتن
• وحدة طاقة
• ثمنة
• كواد (وحدة)

المصادر

جول في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز