Mühendislik, fizik ya da benzer alanlarda yapılan bir iş için kullanılan enerji miktarı son derece önemlidir. Bu önemli miktar ölçüldükten sonra joule değeri ile gösterilir. Yani joule, iş ve enerji miktarını gösteren bir tür ölçü birimidir. Uluslararası birimler sisteminde kullanılırken pek çok farklı karşılığı olduğu için yapılan işlemlerde mutlaka joule formülü bilinmeli ve bu şekilde kullanılarak dönüştürülmelidir.
Adını onu bulan bilim insanından alan joule, aslında tek karşılığı olan bir ölçü birimi değildir. Zaman içinde 1 joule neye eşit sorusuna pek çok farklı yanıt verilerek hesaplamalar en kolay hale getirilmeye çalışılmıştır. İlk kez karşılaşanlar için biraz kafa karıştırıcı olabilir ama özellikle formülü anlaşıldığı zaman bu karışıklık ortadan kalkar. Gelin joule nedir, ne işe yarar gibi merak edilen soruları gelin tüm detaylarıyla inceleyelim.
Öncelikle, joule nedir?
Joule, 1818 - 1889 yılları arasında yaşamış İngiliz fizikçi James Prescott Joule tarafından bulunmuş ve adını bu bilim insanından almıştır. Joule enerji, iş, ısı miktarlarını ölçmek için kullanılan bir tür ölçü birimidir. Metrik sisteme dayalı uluslararası birim sisteminde pek çok karşılığı olduğu gibi bir formülü ve pratik örnekleri mevcuttur.
Günlük pratikler üzerinden bakalım; Joule ne işe yarar, nerelerde kullanılır?
- Yaklaşık 100 gramlık bir elmanın bir metre havaya kaldırılması için gerekli enerji miktarı
- Kaldırılan bu elmanın düştüğü zaman ortaya çıkardığı enerji
- 0.24 kelvinlik 1 gram suyun ısınması için gerekli enerji miktarı
- Bir kişinin her 17 milisaniyede ortaya çıkardığı ısı miktarı
- 0,2 m / s ya da 0.72 km / h hızda hareket eden bir insanın kinetik enerjisi
- 56 gramlık bir tenis topunun 6 m / s hızıyla hareket ettiğinde ortaya çıkardığı kinetik enerji
- √ 2 ≈ 1.4 m / s hızındaki 1 kilogramlık cismin ortaya çıkardığı kinetik enerji
Joule bir metrede, bir newtonluk kuvvet uygulanması sonucu oluşan enerjiye ve iki farklı ucu arasında yaklaşık bir voltluk gerilim farkı ile çalışan bir devre elemanının üzerinden geçmekte olan bir amperlik akım gücü tarafından tüketilen enerjiye eşittir.
Günlük hayattaki en net örneğini joule kanununda görüyoruz:
Hepimizin bildiği gibi günümüzde elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşüyor. Elektrik enerjisiyle çalışan ısıtıcıları, elektrikli ocakları, fırınları ve daha pek çok günlük eşyayı buna örnek olarak göstermek mümkün. Bunların içinden geçen elektrik akımı enerjiye ve dolayısıyla ısıya dönüşür. İşte bu durum joule kanunu olarak adlandırılır ve W = I2 x R x t ve W = P x t şeklinde uluslararası birim sistemi ölçüleriyle gösterilen bir formülü vardır.
Uluslararası birimler sisteminde dönüşüm için kullanılan joule formülü:
- J = kg x m2 / s2 = N x m = Pa x m3 = W x s = C x V
Bu formülde J joule, kg kilogramı, m metreyi, s saniyeyi, N Newton kuvvetini, C coulombu, W wattı, Pa pascalı, V voltu ifade etmektedir. Uluslararası birimler sisteminde kullanılan ölçü birimlerini joule değerine çevirmek ya da joule değerini bu birimlerinden bir tanesine çevirmek için bu formülü uygulayabilirsiniz. Yazın bir yere, mutlaka lazım olur.
Bu formülün özünde şu gerçekler yatmaktadır; bir coulombluk elektrik yükünü elektrik potansiyel farkı yoluyla taşımak için gerekli enerji bir bir joule olduğu için voltu tanımlar. Bir joule aynı zamanda bir saniyede bir watt güç üretmek için gerekli enerji miktarı olduğu için watt değerini tanımlar. Yani formüldeki tüm ölçüm birimleri aslında joule etrafında birleşmektedir.
Joule hesaplamalarını kolaylaştıracak katları ve anlamları:
- Bir milyarda bir joule nanojoule, nJ olarak gösterilir.
- Bir milyonda bir joule microjoule, μJ olarak gösterilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda her parçacığın 1 microjoule üretmesi beklenir.
- Binde bir joule milijoule, mJ olarak gösterilir.
- Bin joule kilojoule, kJ olarak gösterilir. Gıda standart besin değeri cinsidir.
- Bir milyon joule megajoule, MJ olarak gösterilir. Saatte 160 km hızla hareket eden bir tonluk aracın kinetik enerjisi.
- Bir milyar joule gigajoule, GJ olarak gösterilir.
- Bir trilyon joule terajoule, TJ olarak gösterilir. Hiroşima'da patlayan atom bombası 63 TJ enerji açığa çıkarmıştır.
- Bir katrilyon joule petajoule, PJ olarak gösterilir. İnsan yapımı en büyük atom bombası Tsar, 210 PJ enerji açığa çıkarmıştır.
- Bir kentilyon joule exajoule, EJ olarak gösterilir. Japonya'da 2011 yılında meydana gelen Tohoku depremi 1.41 EJ enerjiye sahipti.
- Bir seksilyon joule zettajoule, ZJ olarak gösterilir.
- Bir septillion joule yottajoule, YJ olarak gösterilir. Yeryüzündeki tüm suyu 1 derece ısıtmak için 1 YJ enerji gerekir.
Dönüşümler sırasında 1 joule neye eşit?
- 1 J = 1 × 107 erg
- 1 J = 6.24150974 × 1018 eV
- 1 J = 0,2390 cal
- 1 J = 2,3901 × 10-4 kcal
- 1 J = 9,4782 × 10-4 BTU
- 1 J = 0,7376 ft • lb
- 1 J = 23.7 ft • pdl
- 1 J = 2,7778 × 10-7 kilovat-saat
- 1 J = 2,7778 × 10-4 watt-saat
- 1 J = 9,8692 × 10-3 litre-atmosfer
- 1 J = 11,1265 femtogram
- 1 J = 1 × 10-44 foe
- aynı zamanda;
- 4,184 J = 1 termokimyasal kalori
- 4,1868 J = 1 Uluslararası Masa kalori
- 3600 J = 1 watt saat
- 3.6 × 106 J = 1 kilovat saat
- 1 J = 1 watt saniye
- 4,184 GJ = 1 ton TNT
Fizik ve mühendislikte iş ve enerji miktarını göstermek için kullanılan ölçü birimi joule nedir, ne işe yarar, formülü nedir, 1 joule neye eşit gibi merak edilen soruları yanıtlayarak konu hakkında bilmeniz gereken detaylardan bahsettik. Elbette joule çok daha karmaşık bir ölçü birimi ancak yalnızca fikir oluşturması için genel bilgiler vermeyi hedefledik.
