Le joule (J) est l’unité de mesure de l’énergie utilisée dans le Système international d’unités (SI), et celle acceptée dans les milieux scientifiques. L’unité est utilisée dans toutes les équations et calculs impliquant l’énergie. Suivant les conventions SI, les joules sont abrégés par un J majuscule car le terme est dérivé d’un nom propre, bien que s’il est épelé, il n’est pas en majuscule. Un J est défini comme la quantité d’énergie dépensée par une force de 1 newton déplaçant un objet de 1 mètre dans la même direction que la force. Un newton est la force nécessaire pour accélérer une masse de 1 kilogramme (2.2 livres) à une vitesse de 1 mètre (3.3 pieds) par seconde par seconde ; par conséquent, l’accélération est telle que la vitesse de la masse augmente de 1 mètre par seconde à chaque seconde qui passe.
Définition
La définition ci-dessus d’un joule peut sembler compliquée, mais l’avantage des unités SI est qu’elles permettent de quantifier toutes les nombreuses choses que les scientifiques pourraient vouloir mesurer en termes d’un petit nombre d’unités de base. Cela signifie également qu’en s’en tenant à ces unités, tous les scientifiques parlent le même langage. Le joule est dit être une unité dérivée, en ce sens qu’il est obtenu à partir des unités de base kilogrammes, mètres et secondes.
Il peut être considéré comme un newton-mètre — une force de 1 newton exercée sur une distance de 1 mètre (3.3 pieds). Étant donné que le newton est lui-même une unité dérivée, un joule peut être décomposé en mètres carrés fois kilogrammes fois mètres par seconde par seconde :
J = m2kgs-2
Bien qu’un joule soit égal à 1 newton-mètre, l’énergie n’est normalement pas utilisée en utilisant cette dernière unité, pour éviter toute confusion avec l’unité de mesure du couple, ou moment de force, qui a à voir avec le mouvement de rotation.
Force, travail, énergie et puissance
Il existe souvent une certaine confusion entre ces termes et les unités utilisées pour les mesurer. Une force est une influence qui provoque un changement dans le mouvement d’un objet ; en d’autres termes, l’accélération. Le travail est l’exercice d’une force pour produire un mouvement, tandis que l’énergie est le potentiel de faire un travail et est dépensée lorsque le travail est effectué. Par exemple, pousser un objet dans une certaine direction implique d’appliquer une force, ce qui fonctionne, et de l’énergie doit être utilisée. Le travail et l’énergie peuvent tous deux être mesurés en joules.
La puissance est le taux auquel l’énergie est consommée et est mesurée en watts. Utiliser jusqu’à 1 J d’énergie pendant une seconde utilise 1 watt de puissance, donc 1 watt équivaut à 1 joule par seconde. Une ampoule de 100 watts consomme 100 J d’énergie par seconde. La consommation électrique des ménages se mesure en kilowattheures : un kilowatt vaut 1,000 1 watts et 3,600,000 kilowattheure vaut XNUMX XNUMX XNUMX J.
Exemples
Pour avoir une idée de la quantité d’énergie d’un joule, il est utile de regarder quelques exemples quotidiens. Un joule est la quantité d’énergie nécessaire pour élever la température de 1 gramme d’air frais et sec de 1.8 °F (1.0 °C). Une personne moyenne assise tranquillement produit 100 J de chaleur par seconde. La quantité d’énergie nécessaire pour soulever une petite pomme de 1 mètre (3.3 pieds) contre la gravité terrestre équivaut à peu près à 1 J.
Histoire
L’unité porte le nom du physicien anglais James Prescott Joule, dont les travaux ont conduit à la théorie de la conservation de l’énergie et à la première loi de la thermodynamique, au XIXe siècle. Grâce à ses expériences, il a pu déterminer que l’énergie change d’une forme à une autre lorsque le travail est effectué, mais ne peut être créée à partir de rien ou détruite. Par exemple, lorsque l’électricité est utilisée pour faire tourner un moteur, une partie de l’énergie électrique est transformée en mouvement et le reste est converti en chaleur. Il a pu montrer que le mouvement plus la chaleur étaient équivalents à la quantité originale d’énergie électrique.