joule - unità di misura

Il joule, indicato con il simbolo J, è la principale unità di misura di lavoro, energia e calore nel Sistema Internazionale. Per definizione 1 joule è il prodotto tra 1 newton e 1 metro: 1 J = (1 N) · (1 m).

 

In questa lezione vedremo cos'è il joule come unità di misura (simbolo J) del lavoro, del calore e dell'energia. Oltre alla definizione di joule impareremo a svolgere le equivalenze con il joule, ossia a convertire il joule in altre unità di misura del lavoro grazie a specifici fattori di conversione che elencheremo qui di seguito. ;)

 
 
 

Cos'è il joule come unità di misura

 

Il joule è un'unità di misura derivata del Sistema Internazionale, il cui nome le è stato assegnato in onore del fisico inglese James Prescott Joule, usata per le misurazioni di lavoro, energia e calore.

 

1 joule è definito come il lavoro compiuto da una forza di 1 newton per compiere uno spostamento di 1 metro nella stessa direzione della forza:

 

1\mbox{ J } = \ 1 \ (\mbox{N } \cdot \mbox{ m})

 

Per avere un'idea concreta di quanto vale un joule possiamo considerare una piccola arancia (con una massa di circa 100 grammi) e immaginare di sollevarla per 1 metro opponendoci all'accelerazione di gravità terrestre: il lavoro compiuto è di circa 1 J.

 

Per l'esattezza 1 joule equivale al lavoro richiesto per sollevare di 1 metro una massa di 102 grammi opponendosi alla forza di gravità terrestre.

 

Ricordando che il newton è definito come la forza necessaria ad imprimere un'accelerazione di 1 m/s2 ad una massa di 1 kg, possiamo ricavare le dimensioni del joule in termini di unità di misura delle grandezze fondamentali del Sistema Internazionale.

 

1\mbox{ J } = \ 1 \ (\mbox{N } \cdot \mbox{ m}) = \ 1 \ \frac{\mbox{kg } \cdot \mbox{ m}^2}{\mbox{s}^2}

 

Multipli e sottomultipli del joule

 

Nelle due tabelle che seguono abbiamo riportato tutti i multipli ed i sottomultipli del joule. Per ciascuno di essi, oltre al nome e al valore per esteso, potete consultare il valore espresso in notazione scientifica, molto utile per svolgere le equivalenze. ;)

 

 

Multipli del joule

Simbolo

Valore in joule (per esteso)

Valore in joule
(in notazione scientifica)

yottajoule

YJ

1 000 000 000 000 000 000 000 000 J

1024 J

zettajoule

ZJ

1 000 000 000 000 000 000 000 J

1021 J

exajoule

EJ

1 000 000 000 000 000 000 J

1018 J

petajoule

PJ

1 000 000 000 000 000 J

1015 J

terajoule

TJ

1 000 000 000 000 J

1012 J

gigajoule

GJ

1 000 000 000 J

109 J

megajoule

MJ

1 000 000 J

106 J

kilojoule

kJ

1 000 J

103 J

ettojoule

hJ

100 J

102 J

decajoule

daJ

10 J

101 J

 

 

Sottomultipli del joule

Simbolo

Valore in joule (per esteso)

Valore in joule
(in notazione scientifica)

decijoule

dJ

0,1 J

10-1 J

centijoule

cJ

0,01 J

10-2 J

millijoule

mJ

0,001 J

10-3 J

microjoule

μJ

0,000001 J

10-6 J

nanojoule

nJ

0,000000001 J

10-9 J

picojoule

pJ

0,000000000001 J

10-12 J

femtojoule

fJ

0,000000000000001 J

10-15 J

attojoule

aJ

0,000000000000000001 J

10-18 J

zeptojoule

zJ

0,000000000000000000001 J

10-21 J

yoctojoule

yJ

0,000000000000000000000001 J

10-24 J

 

Equivalenze con il joule

 

Per svolgere le equivalenze con il joule vi sono due metodi che variano a seconda dell'unità di misura d'arrivo.

 

 

1) Per convertire il joule in altri suoi multipli o sottomultipli basta procedere con l'usuale metodo per le equivalenze nel sistema metrico decimale, ossia moltiplicare o dividere per opportune potenze di 10 con esponente rispettivamente positivo e negativo.

 

 

Esempio

 

A quanti kilojoule (kJ) equivalgono 123 decijuole (dJ)?

 

Per rispondere basta aver presente la scala di conversione del sistema metrico decimale che abbiamo riportato qui di seguito

 

 

Scala conversione SI

 

 

Nel nostro caso l'unità SI di riferimento è il joule e dobbiamo convertire i decijoule in chilojoule. Essendoci 4 gradini percorsi in salita tra le due unità di misura, dovremo dividere per 104

 

123 \mbox{ dJ } = \ (123 : 10^4) \mbox{ kJ } = \ 0,0123 \mbox{ kJ}

 

 

2) Per passare dal joule ad altre unità di misura del lavoro che non appartengono al Sistema Internazionale occorre conoscere gli specifici fattori di conversione che riportiamo qui di seguito:

 

 

1 joule ≈ 6,241509 · 1018 elettronvolt (eV)

 

1 joule = 107 erg

 

1 joule ≈ 0,239 calorie (cal)

 

1 joule ≈ 2,78 · 10-7 chilowattora (kWh)

 

1 joule = 1 watt · secondo (W·s)

 

1 joule = 1 pascal · metro cubo (Pa·m3)

 

 

Per chiarezza d'esposizione riportiamo l'elenco dei fattori di conversione in simboli:

 

1\mbox{ J}\ \simeq\ 6,241509\cdot 10^{18}\mbox{ eV}\\ \\ 1\ J\ =\ 10^7\mbox{ erg}\\ \\ 1\ J\ \simeq\ 0,239\mbox{ cal}\\ \\ 1\ J\ \simeq\ 2,78\cdot 10^{-7}\mbox{ kWh}\\ \\ 1\ J\ =\ 1\mbox{ W}\cdot\mbox{s}\\ \\ 1\ J\ =\ 1\mbox{ Pa}\cdot\mbox{m}^3

 

 

Esempio

 

Per sapere a quanti erg (unità di misura del lavoro del sistema CGS) equivalgono 3,74 millijoule (mj) procederemo nel modo seguente

 

\\ 3,74 \mbox{ mJ } = \ (3,74 : 10^3) \mbox{ J } = \ 0,00374 \mbox{ J} \\ \\ 0,00374 \mbox{ J } = \ (0,00374 \times 10^7) \mbox{ erg } = \ 37400 \mbox{ erg}

 

Nel primo passaggio abbiamo convertito i millijoule in joule dividendo per 1000, in virtù dei tre posti percorsi in salita che separano le due unità di misura; nel secondo passaggio siamo passati dai joule agli erg moltiplicando per 107.

 

 


 

Qui abbiamo finito. Non perdetevi le lezioni successive, approfondiremo lo studio delle altre misure di lavoro, calore ed energia. Inoltre ricordatevi che qui su YM c'è un comodo convertitore di misure online, utile per verificare i risultati dei vostri esercizi sulle conversioni. ;)

 

  

Buon proseguimento su YouMath,

Giuseppe Carichino (Galois)

 

Lezione successiva


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