Joule

El julio ( / dʒ uː l / JOOL , o / dʒ aʊ l / JOWL ; símbolo: J ) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades (SI). ^{[ 1 ]} En términos de unidades base del SI , un julio corresponde a un kilogramo - metro cuadrado por segundo cuadrado (1 J = 1 kg⋅m ² ⋅s ⁻² ). Un julio es igual a la cantidad de trabajo realizado cuando una fuerza de un newton desplaza un cuerpo una distancia de un metro en la dirección de esa fuerza. También es la energía disipada en forma de calor cuando una corriente eléctrica de un amperio pasa a través de una resistencia de un ohmio durante un segundo. Recibe su nombre del físico inglés James Prescott Joule (1818–1889). ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, el julio se define como "el trabajo realizado cuando el punto de aplicación de 1 unidad MKS de fuerza [newton] se mueve una distancia de 1 metro en la dirección de la fuerza". ^{[ 5 ]}

En términos de unidades base del SI y en términos de unidades derivadas del SI con nombres especiales , el julio se define como ^{[ 6 ].}

Un julio también es equivalente a cualquiera de los siguientes: ^{[ 7 ]}

• El trabajo necesario para mover una carga eléctrica de un culombio a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio, o un culombio-voltio (C⋅V). Esta relación se puede utilizar para definir el voltio.
• El trabajo necesario para producir un vatio de potencia durante un segundo, o un vatio-segundo (W⋅s) (compárese con el kilovatio-hora , que equivale a 3,6 megajulios). Esta relación se puede utilizar para definir el vatio.

El julio recibe su nombre de James Prescott Joule . Al igual que todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (J), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de capitalización de los sustantivos comunes ; es decir, julio se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en los demás casos se escribe con minúscula. ^{[ 8 ]}

En una reunión de la Asociación Británica de Ciencias de 1882, el presidente Siemens (izquierda) propuso que la unidad llevara el nombre de James Prescott Joule (derecha).

El sistema CGS fue declarado oficial en 1881, en el primer Congreso Eléctrico Internacional . El erg fue adoptado como su unidad de energía en 1882. Wilhelm Siemens , en su discurso inaugural como presidente de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (23 de agosto de 1882), propuso por primera vez el julio como unidad de calor , que se derivaría de las unidades electromagnéticas amperio y ohmio , en unidades CGS equivalentes a10 ⁷  erg . La denominación de la unidad en honor a James Prescott Joule (1818-1889), entonces jubilado y con 63 años, siguió a la recomendación de Siemens:

Si se considera aceptable, creo que sería muy apropiado llamar a tal unidad de calor Joule, en honor al hombre que tanto contribuyó al desarrollo de la teoría dinámica del calor. ^{[ 9 ]}

En el segundo Congreso Eléctrico Internacional, el 31 de agosto de 1889, el julio fue adoptado oficialmente junto con el vatio y el cuadrante (posteriormente renombrado como henrio ). ^{[ 10 ]} El julio murió ese mismo año, el 11 de octubre de 1889. En el cuarto congreso (1893), se definieron el "amperio internacional" y el "ohmio internacional", con ligeros cambios en las especificaciones para su medición, siendo el "julio internacional" la unidad derivada de ellos. ^{[ 11 ]}

En 1935, la Comisión Electrotécnica Internacional (como organización sucesora del Congreso Eléctrico Internacional) adoptó el " sistema Giorgi ", que al asumir un valor definido para la constante magnética también implicó una redefinición del julio. El sistema Giorgi fue aprobado por el Comité Internacional de Pesas y Medidas en 1946. El julio ya no se definía en función de la unidad electromagnética, sino como la unidad de trabajo realizado por una unidad de fuerza (en ese momento aún no denominada newton ) sobre la distancia de 1 metro . El julio se concibió explícitamente como la unidad de energía que se utilizaría tanto en contextos electromagnéticos como mecánicos. ^{[ 12 ]} La ratificación de la definición en la novena Conferencia General de Pesas y Medidas , en 1948, añadió la especificación de que el julio también debía preferirse como unidad de calor en el contexto de la calorimetría , desaprobando así oficialmente el uso de la caloría . ^{[ 13 ]} Esta es la definición declarada en el moderno Sistema Internacional de Unidades en 1960. ^{[ 14 ]}

La definición del julio como J  =  kg⋅m ² ⋅s ⁻² se ha mantenido sin cambios desde 1946, pero el julio como unidad derivada ha heredado cambios en las definiciones del segundo (en 1960 y 1967), el metro (en 1983) y el kilogramo ( en 2019 ). ^{[ 15 ]}

Un julio representa (aproximadamente):

• La energía típica liberada en forma de calor por una persona en reposo cada 1/60 s (~16,6667 ms  , tasa metabólica basal ); aproximadamente 5.000 kJ (1.200 kcal ) / día.  
• La cantidad de electricidad necesaria para hacer funcionar unDispositivo de 1 W  para1 s  .
• La energía necesaria para acelerar un1 kg  de masa en1 m/s ²  a través de una distancia de1 m  .
• La energía cinética de un Masa de 2 kg que viaja a1 m/s  , o un Masa de 1 kg que viaja a1,41 m/s  .
• La energía necesaria para levantar una manzana 1 m, suponiendo que la manzana tiene una masa de 101,97 g.
• El calor necesario para elevar la temperatura de 0,239  g de agua de 0  °C a 1  °C. ^{[ 16 ]}
• La energía cinética de unUn ser humano de 50  kg moviéndose muy lentamente ( 0,2 m/s o 0,72 km/h ).  
• La energía cinética de unPelota de tenis de 56  g moviéndose a 6 m/s (22 km/h) . ^{[ 17 ]}  
• La energía alimentaria (kcal) en un poco más de la mitad de un cristal de azúcar de tamaño normal (0,102 mg  /cristal).

zeptojulio

160 zeptojulios equivalen aproximadamente a 1 electronvoltio .  

La energía mínima necesaria para cambiar un bit de datos en un cálculo a temperatura ambiente es aproximadamente2,75  zJ – viene dado por el límite de Landauer .

nanojulios

160  nanojulios es aproximadamente la energía cinética de un mosquito en vuelo. ^{[ 18 ]}

microjulios

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) produce colisiones del orden de los microjulios (7 TeV) por partícula.

kilojulio

En la mayoría de los países, las etiquetas nutricionales de los alimentos expresan la energía en kilojulios (kJ). ^{[ 19 ]}

Un metro cuadrado de la Tierra recibe aproximadamente1,4  kilojulios de radiación solar cada segundo a plena luz del día. ^{[ 20 ]} Un humano en un sprint tiene aproximadamente 3  kJ de energía cinética, ^{[ 21 ]} mientras que un guepardo en unUn sprint de 122 km/h  (76  mph) tiene aproximadamente 20  kJ. ^{[ 22 ]} Un vatio-hora , de electricidad o cualquier otra forma de energía, es de 3,6 kJ .  

megajulios

El megajulio es aproximadamente la energía cinética de un vehículo de un megagramo (tonelada) que se mueve a 44,7 metros por segundo (161 km/h; 100 mph) .  

La energía necesaria para calentar10  L de agua líquida a presión constante desde 0 °C (32 °F) hasta 100 °C (212 °F) es aproximadamente    4,2 MJ  .

Un kilovatio-hora , de electricidad o de cualquier otra forma de energía, equivale a 3,6 MJ .  

gigajulio

6 gigajulios  es aproximadamente la energía química de la combustión de 1 barril (159 L) de petróleo . ^{[ 23 ]} 2 GJ es aproximadamente la unidad de energía de Planck . Un megavatio-hora , de electricidad o cualquier otra forma de energía, es 3,6 GJ .    

terajulio

El terajulio es aproximadamente0,278 GWh  (que se usa a menudo en tablas de energía). Acerca de Little Boy liberó 63 TJ de energía . ^{[ 24 ]} La Estación Espacial Internacional , con una masa de aproximadamente450 megagramos  y velocidad orbital de7700 m/s  , ^{[ 25 ]} tiene una energía cinética de aproximadamente13  TJ . En 2017, se estimó que el huracán Irma tendría una energía eólica máxima de112  TJ . ^{[ 26 ] [ 27 ]} Un gigavatio-hora , de electricidad o cualquier otra forma de energía, es 3,6 TJ .  

petajulio

210  petajulios es aproximadamente50 megatones  de TNT, que es la cantidad de energía liberada por la Tsar Bomba , la mayor explosión artificial de la historia. Un teravatio-hora , de electricidad o cualquier otra forma de energía, equivale a 3,6 PJ .  

exajulio

El terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 en Japón tuvo1,41  EJ de energía según su calificación de 9,0 en la escala de magnitud de momento . El consumo energético anual de EE. UU. asciende a aproximadamente94  EJ , y el consumo mundial de energía final fue439  EJ en 2021. ^{[ 28 ]} Un petavatio-hora de electricidad, o cualquier otra forma de energía, es 3,6 EJ . 

zettajulio

El zettajulio es algo más que la cantidad de energía necesaria para calentar el Mar Báltico en 1  °C, suponiendo propiedades similares a las del agua pura . ^{[ 29 ]} El consumo energético mundial anual humano es aproximadamente0,5  ZJ . La energía necesaria para elevar la temperatura de la atmósfera terrestre 1  °C es aproximadamente2.2  ZJ .

yottajoule

El yottajulio es un poco menor que la cantidad de energía necesaria para calentar el Océano Índico en 1  °C, suponiendo propiedades similares a las del agua pura. ^{[ 29 ]} La producción térmica del Sol es de aproximadamente 400 yottajulios por segundo (400 YW) . ^{[ 30 ]} 

1 julio es igual a (aproximadamente, salvo que se indique lo contrario):

• 1,0 × 10⁷ ^erg (exactamente ) 
• 6,24151 × 10 ¹⁸ eV 
• 9,47817 × 10 ⁻⁴ BTU 
• 0,737562 ft⋅lb (pie-libra) 
• 23,7304 ft⋅pdl (pie-libra) 

Las unidades con equivalentes exactos en julios incluyen:

• 1 caloría termoquímica = 4,184  J ^{[ 31 ]}
• 1 Caloría de la Tabla Internacional = 4,1868  J ^{[ 32 ]}
• 1  W⋅h = 3600 J; 3,6 kJ  
• 1  kW⋅h = 3,6 × 10 ^ ⁶ J; 3,6 MJ  
• 1  W⋅s =1  J
• 1 tonelada de TNT = 4,184 GJ  
• 1 enemigo = 10 ⁴⁴  J ^{[ 33 ]}
• 1 kilopondiometro = 9,80665 J

En mecánica , el concepto de fuerza (en alguna dirección) tiene un análogo cercano en el concepto de torque (alrededor de algún ángulo): ^{[ 34 ] [ 35 ]}

Como resultado de esta similitud, la unidad del SI para el par motor es el newton-metro , que algebraicamente tiene las mismas dimensiones que el julio, pero no son intercambiables. La Conferencia General de Pesas y Medidas ha dado a la unidad de energía el nombre de julio , pero no ha dado a la unidad de par motor ningún nombre especial; por lo tanto, es simplemente el newton-metro (N⋅m), un nombre compuesto derivado de sus partes constituyentes. ^{[ 36 ]} El uso de newton-metros para el par motor y julios para la energía es útil para evitar malentendidos y problemas de comunicación. ^{[ 36 ]}

La distinción también puede observarse en el hecho de que la energía es una magnitud escalar : el producto escalar de un vector fuerza y ​​un vector desplazamiento. Por el contrario, el torque es un vector: el producto vectorial de un vector fuerza y ​​un vector distancia. El torque y la energía están relacionados entre sí mediante la ecuación$${\displaystyle E=\tau \theta \,,}$$

donde E es la energía, τ es el par (la magnitud vectorial del) y θ es el ángulo barrido (en radianes ). Dado que los ángulos planos son adimensionales, se deduce que el par y la energía tienen las mismas dimensiones.

Un vatio-segundo (símbolo W  s o W⋅s ) es una unidad derivada de energía equivalente al julio. ^{[ 37 ]} El vatio-segundo es la energía equivalente a la potencia de un vatio sostenida durante un segundo . Si bien el vatio-segundo es equivalente al julio tanto en unidades como en significado, existen algunos contextos en los que se utiliza el término «vatio-segundo» en lugar de «julio», como en la clasificación de unidades de flash electrónico fotográfico . ^{[ 38 ]}

• Definición de julio en Wikcionario