A unidade recebeu este nome em homenagem ao físicobritânicoJames Prescott Joule,[5] que, em 1849,[2] demonstrou a equivalência entre trabalho e calor, ao medir o aumento da temperatura de uma amostra de água quando uma roda de pás é rotacionada dentro dela.[6]
Um joule compreende a quantidade de energia correspondente à aplicação de uma força de umnewton durante um percurso de ummetro. Ou seja, é a energia que acelera uma massa de 1kg a 1 m/s² num espaço de 1m.[2] Essa mesma quantidade poderia ser dita como umnewton metro. No entanto, e para se evitar confusões, reservamos o newton metro como unidade de medida debinário (ou torque).
Além disso, o joule é equivalente a um coulomb volt (C·V), ou o trabalho necessário para se mover a carga elétrica de umcoulomb através de uma diferença de potencial de um volt. Pode ainda ser definido como o trabalho produzido com a potência de umwatt durante umsegundo; ou um watt segundo (comparequilowatt-hora), com W·s. Assim, um quilowatt-hora corresponde a 3 600 000 joules ou 3,6 megajoules. Em energia, é definido pela quantidade de energia necessária para produzir uma aceleração de 1 m/s² em uma massa de 1 kg.[3] ou pela energia potencial de uma massa de 1 kg posta a uma altura de 1 m sobre um ponto de referência, num campo gravitacional de 1 m/s². Como a gravidade terrestre é de 9,81 m/s² ao nível do mar, 1 kg a 1 m acima da superfície da Terra, tem uma energia potencial de 9,81 joules relativa a ela. Ao cair, esta energia potencial gradualmente passará de potencial para cinética, considerando-se a conversão completa no instante em que a massa atingir o ponto de referência. Enquanto a energia cinética é relativa a um modelo inercial, no exemplo o ponto de referência, energia potencial é relativa a uma posição, no caso a superfície da Terra.
Outro exemplo do que é um joule seria o trabalho necessário para levantar umamassa de 1/9,8 kg na altura de um metro, sob agravidade terrestre, que também se equivale a um watt durante um segundo. Um joule, portanto, seria a energia potencial de uma maçã a um metro do chão.[7] Embora apropriada para objetos macroscópicos, não é uma boa unidade para as relações dafísica atômica.[8]
Um joule é exatamente igual a 107ergs[9] e a 1 N × m (1 newton-metro) ou 1 W × s (watt-segundo). É aproximadamente igual a 6,2415×107001180000000000000♠18 eV (elétron-volts), 0,2390 cal (calorias), 2,3901×10−4 kcal (quilocalorias), 2,7778×10−7quilowatt-hora, 2,7778×10−4 watt-hora, 9,8692×10−3 litro-atmosfera, 9,4782×10−4BTU. Outras unidades definidas em termos de joule são o watt-hora (3600 J), o quilowatt-hora (3,6×107000600000000000000♠6 J ou 3,6 MJ) e a ton TNT (4,184 GJ).
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