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。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
国際単位系 (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) の電圧の中で 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 (W) 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、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）
- 2.777777...×10−7 kW⋅h（キロワット時）
- 約 0.2390 cal（カロリー）
- 約 0.000948 Btu（英国熱量単位）
- 107 erg（エルグ）
- 約 0.101972 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）
- {e} J = 約 6.241509074×1020 eV（電子ボルト）
- 1 J/c2 = 約 1.11265006×10−17 kg（キログラム） – エネルギーの質量換算。特殊相対性理論参照。
ここで g0 = 9.80665 m/s2 は標準重力加速度、e = 1.602176634×10−19 Cは電気素量であり、c = 299792458 m/s 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]。
倍量・分量単位
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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 kWの装置が 1 秒間にする仕事である。
- 1 kJ の熱量で、0 °Cの水（固体）を 3 g 溶かすことができる。
- 1 kJ の熱量で、0 °C、5 g の水（液体）の温度を 50 °C 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 W·h（約 0.28 W·h）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 = 1000000 倍である。
- 1 MJ の仕事は、仕事率 1 kW で動作する装置が 1000 s（16 分 40 秒間）にする仕事である。
- 1 MJ の熱量で、0 °C の氷を 3 kg 溶かすことができる。
- 1 MJ は、10/36 kW·h（約 0.28 kW·h）に等しい。
脚注
注釈
出典
- ^ 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)』（PDF）（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）”. e-Gov. 2020年1月10日閲覧。
