ジュール

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ジュール
joule
記号 J
国際単位系 (SI)
種類 組立単位
エネルギー仕事熱量電力量
組立 kg · m2 · s-2, N · m
定義 kg, m, s によって定まる
語源 ジェームズ・プレスコット・ジュール
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ジュール: Joule、記号:J)は、SIにおけるエネルギー仕事熱量電力量単位である。その名前はジェームズ・プレスコット・ジュールに因む。

1 ジュールは標準重力加速度の下でおよそ 102.0 グラム(小さなリンゴくらいの重さ)の物体を 1 メートル持ち上げる時の仕事に相当する。

定義[編集]

現在の SI におけるジュール J の定義は以下の通り。

  • J = kg · m2 · s-2

ジュールはSI組立単位であり、SI基本単位を用いて構成される[1]

SI や日本の計量単位令[2]では、1 つ目に掲げた定義を用いて、「1 ニュートンの力が力の方向に物体を 1 メートル動かすときの仕事」と定義していた[3][4]

  • J = N · m

1 ジュールは 1 ニュートンの力がその方向に物体を 1 メートル動かすときの仕事であるので、ジュールは「ニュートンメートル」(N·m) と書き表すこともできる(SI においてはニュートンも組立単位なので、代数的操作によってそのように構成できる)。しかし、同じ単位を力のモーメント(これはエネルギーではない)にも用いることができ、仕事やエネルギーの単位として「ニュートンメートル」を使用すると混乱を招くおそれがあるため注意が必要である[5]

1 ジュールは、1 ボルト (V) の電位差の中で 1 クーロン (C) の電荷を動かすのに必要な仕事とも定義できる。

  • J = C · V

1 秒間に 1 ジュールの仕事が行われるときの仕事率が 1 ワットであり、ワット W はジュール J と秒 s から定義される。

  • W = J / s

なお、電力量の単位としては、1 キロワット(= 1 000 J/s)の電力を 1 時間(= 60 分 = 3 600 s)消費したときの電力量である 1 キロワット時(= 1 kJ/s × 3 600 s = 3 600 kJ)がよく用いられる。 日本の計量法では、仕事量熱量電力量の単位として、ジュールとともにワット秒(ジュールと等しい)、ワット時(= 3 600 J)の使用が認められている[6]

他の単位への換算[編集]

1 ジュールはおおよそ次のように換算される。

ここで g0 = 9.806 65 m · s−2標準重力加速度e = 1.602 176 565 × 10−19 C は電気素量であり、c = 299 792 458 m · s−1真空中の光速である。またカロリーは 1 cal = 4.184 J とする計量単位令の定義を用いた[7][注 1]

SI 接頭辞付き単位[編集]

キロジュール[編集]

キロジュール(記号:kJ)は、ジュールの 103 = 1 000 倍の大きさを持つエネルギーの単位である。

  • 1 kJ の仕事は、仕事率 1 キロワットの装置が 1 秒間にする仕事である。
  • 1 kJ の熱量で、0 を 3 g 溶かすことができる。
  • 1 kJ の熱量で、0 ℃、5 g の温度を 50 ℃ 上げることができる[注 2]
  • 地球上で 100 kg の物体を 1 m(または 1 kg の物体を 100 m)鉛直方向に持ち上げたときに生じる仕事は 100 kgw·m、約 1 kJ である。
  • 1 kJ は、10/36 ワット時(約 0.28 ワット時)に等しい。

メガジュール[編集]

メガジュール(記号:MJ)は、ジュールの 106 = 1 000 000 倍の大きさを持つエネルギーの単位である。

  • 1 MJ の仕事は、仕事率 1 kW で動作する装置が 16 分 40 秒間(1 000 秒)にする仕事である。
  • 1 MJ の熱量で、0 ℃ のを 3 kg 溶かすことができる。
  • 1 MJ は、10/36 キロワット時(約 0.28 キロワット時)に等しい。

脚注[編集]

注釈[編集]

  1. ^ カロリーは非 SI 単位。
  2. ^ 温度上昇によって水の熱容量が変化しない場合。

引用[編集]

  1. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p. 27, 29。
  2. ^ 計量単位令(平成四年十一月十八日政令第三百五十七号)
  3. ^ 計量単位令(平成四年十一月十八日政令第三百五十七号)、別表第一(第二条関係)二十。ニュートン : 一キログラムの物体に働くとき、その方向に一メートル毎秒毎秒の加速度を与える力
  4. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p. 56。ジュールは,1 MKS 単位の力[ニュートン]の作用点がその力の方向に 1 メートルに等しい距離だけ移動するときになされる仕事である
  5. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p. 30–31。ジュールは,形式的にニュートンメートル又はキログラムメートル 2 乗毎秒毎秒と表せる.しかし (中略) 実際には,ある量に対して,固有の単位名をつかうか,単位名の組み合わせを使うかの選択は,同じ次元を持つ異なる量を区別しやすいように,どちらかを優先することとなる
  6. ^ 計量単位令(平成四年十一月十八日政令第三百五十七号) 、別表第一 二十六:仕事、三十:熱量、四十八:電力量。(計量単位の定義)第二条 法第三条に規定する計量単位の定義は、別表第一のとおりとする
  7. ^ 計量単位令(平成四年十一月十八日政令第三百五十七号) 、別表第六(第五条関係)十三。 カロリー : ジュール又はワット秒の四・一八四倍

関連項目[編集]

エネルギーの単位
ジュール キロワット時 電子ボルト 重量キログラムメートル カロリー
1 J = 1 kg·m²/s² ≈0.278×10−6 ≈6.241×1018 ≈0.102 ≈0.239
1 kWh = 3.6×106 = 1 ≈22.5×1024 ≈0.367×106 ≈0.860×106
1 eV ≈0.1602×10−18 ≈44.5×10−27 = 1 ≈16.3×10−21 ≈38.3×10−21
1 kgf·m = 9.80665 ≈2.72×10−6 ≈0.613×1018 = 1 ≈2.34
1 calIT = 4.1868 ≈1.163×10−6 ≈0.261×1020 ≈0.427 = 1


参考文献[編集]