ジュール
| ジュール joule | |
|---|---|
| 記号 | J |
| 系 | 国際単位系 (SI) |
| 種類 | 組立単位 |
| 量 | エネルギー・仕事・熱量・電力量 |
| 組立 | kg · m2 · s-2, N · m |
| 定義 | 1ニュートンの力がその力の方向に物体を1メートル動かすときの仕事[1] |
| 語源 | ジェームズ・プレスコット・ジュール |
ジュール（英: Joule、記号：J）は、エネルギー、仕事、熱量、電力量の単位である。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
SI 及び日本の計量法におけるジュール J の定義は以下の通り。
ジュールはSI組立単位であり、 N · m 又はSI基本単位を用いて kg · m2 · s-2 と表記される[4]。
ジュールと形式的には同じ単位を力のモーメント[5]（これはエネルギーではない）にも用いることができるが、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[6]。
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[7]。
- 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
日本の計量法は、仕事・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（= 3600 J）の使用を認めている[8]。
電力量の単位としては、1 キロワット（= 1000 J/s）の電力を 1 時間（= 3600 s）消費したときの電力量である 1 キロワット時（= 1 kJ/s × 3600 s = 3.6 MJ）がよく用いられる。
他の単位への換算
1 ジュールは次のように換算される。
- 1 N·m（ニュートン・メートル）
- 1 C·V（クーロン・ボルト）
- 1 W·s（ワット秒）
- 1 J/ 3 600 000 J kW · h = 約 2.777 778 × 10−7 kW · h（キロワット時）
- 1 J/4.184 J cal = 約 0.2390 cal（カロリー）
- 約 0.000 948 BTU（英国熱量単位）
- 1 J/1 g · cm2 · s−2 erg = 107 erg（エルグ）
- 1 J/1 kg × g0 × 1 m kgf · m = 約 0.101 972 kgf · m（重量キログラム・メートル）
- 約 0.738 ft · lbf（フィート・重量ポンド）
- 約 23.7 ft · pdl（フィート・パウンダル）
- 1 J/e C = 約 0.624 150 934 × 1019 eV（電子ボルト）
- 1 J/c2 = 約 1.112 650 06 × 10−17 kg（キログラム） – エネルギーの質量換算。特殊相対性理論#相対論的エネルギー参照。
ここで g0 = 9.806 65 m · s−2 は標準重力加速度、e = 1.602 176 565 × 10−19 C は電気素量であり、c = 299 792 458 m · s−1 は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[9][注 1]。
SI 接頭辞付き単位
キロジュール
キロジュール（記号：kJ）は、ジュールの 103 = 1000 倍である。
- 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 ℃の氷を 3 g 溶かすことができる。
- 1 kJ の熱量で、0 ℃、5 g の水の温度を 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
メガジュール（記号：MJ）は、ジュールの 106 = 1 000 000 倍である。
- 1 MJ の仕事は、仕事率 1 kW で動作する装置が 16 分 40 秒間（1000 秒）にする仕事である。
- 1 MJ の熱量で、0 ℃ の氷を 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
注釈
引用
- ^ 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
- ^ 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1 項番26 「仕事」の欄
- ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p. 56 CIPM1946年 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
- ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p.29 表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1 項番21、「力のモーメント」の欄、計量単位：ニュートンメートル、定義：ある定点から一メートル隔たった点にその定点に向かって直角方向に一ニュートンの力を加えたときのその定点のまわりの力のモーメント
- ^ 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 。
- ^ 『数学と理科の法則・定理集』48頁
- ^ 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
- ^ 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
| ジュール (J = kg·m2/s2) |
キロワット時 (kW·h) |
電子ボルト (eV) |
重量キログラムメートル (kgf·m) |
国際蒸気表カロリー (calIT) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 J | = 1 | ≈ 2.778×10−7 | ≈ 6.242×1018 | ≈ 1.020×10−1 | ≈ 2.388×10−1 |
| 1 kW·h | = 3.6×106 | = 1 | ≈ 2.247×1025 | ≈ 3.671×105 | ≈ 8.598×105 |
| 1 eV | = 1.602176634×10−19 | ≈ 4.450×10−26 | = 1 | ≈ 1.634×10−20 | ≈ 3.827×10−20 |
| 1 kgf·m | = 9.80665 | ≈ 2.724×10−6 | ≈ 6.121×1019 | = 1 | ≈ 2.342 |
| 1 calIT | = 4.1868 | ≈ 1.163×10−6 | ≈ 2.613×1019 | ≈ 4.269×10−1 | = 1 |
参考文献
- 独立行政法人産業技術総合研究所 計量標準総合センター『国際文書 国際単位系 (SI)』（第 8 版日本語版）、2006年。
- “計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）”. 2014年5月13日閲覧。
