ジュール

エネルギー、仕事、熱量、電力量の単位

ジュール: joule、記号:J)は、エネルギー仕事熱量電力量単位である。ジェームズ・プレスコット・ジュールに因む。

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 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
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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

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、 Nm 又はSI基本単位を用いて kgm2s−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。

他の単位への換算編集

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
  • 0.000948 Btu(英国熱量単位
  • 107 erg(エルグ
  • 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標準重力加速度e = 1.602176634×10−19 C電気素量であり、c = 299792458 m/s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・分量単位編集

ジュール (J) の倍量・分量単位
分量 倍量
記号 名称 記号 名称
10−1 J dJ デシジュール 101 J daJ デカジュール
10−2 J cJ センチジュール 102 J hJ ヘクトジュール
10−3 J mJ ミリジュール 103 J kJ キロジュール
10−6 J µJ マイクロジュール 106 J MJ メガジュール
10−9 J nJ ナノジュール 109 J GJ ギガジュール
10−12 J pJ ピコジュール 1012 J TJ テラジュール
10−15 J fJ フェムトジュール 1015 J PJ ペタジュール
10−18 J aJ アトジュール 1018 J EJ エクサジュール
10−21 J zJ ゼプトジュール 1021 J ZJ ゼタジュール
10−24 J yJ ヨクトジュール 1024 J YJ ヨタジュール
よく使われる単位を太字で示す

キロジュール編集

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(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。

メガジュール編集

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。

出典編集

  1. ^ 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
  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) 別表第1 項番26 「仕事」の欄
  3. ^ 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
  4. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p.29 表3
  5. ^ 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
  6. ^ 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
  7. ^ 『数学と理科の法則・定理集』48頁
  8. ^ 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
  9. ^ 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
(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


参考文献編集