Joule

Definição de Joule

Joule, unidade de trabalho ou energia do Sistema Internacional de Unidades (SI); é igual ao trabalho realizado por uma força de um newton atuando em um metro.

Joule é definido como a quantidade de trabalho realizado em um corpo por uma força de Newton que move o corpo a uma distância de um metro.

Joule é uma unidade de medida padrão para trabalho ou energia usada em eletricidade, mecânica, energia térmica e aplicações científicas em geral.

Um joule é igual ao trabalho realizado (ou energia despendida) por uma força de um newton (N) atuando a uma distância de um metro (m). Um newton é igual a uma força que produz uma aceleração de um metro por segundo (s) por segundo em uma massa de um quilograma (kg). Portanto, um joule é igual a um metro newton.

Nomeado em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule, equivale a 107 ergs, ou aproximadamente 0.101991 quilograma-força metros.

Em termos elétricos, o joule é igual a um watt-segundo – ou seja, a energia liberada em um segundo por uma corrente de um ampere através de uma resistência de um ohm.

A unidade tem o nome de James Prescott Joule. Por ter o nome de uma pessoa, a primeira letra do símbolo é maiúscula (J em vez de j). No entanto, quando a palavra é escrita, ela é escrita em letras minúsculas (joule em vez de Joule, a menos que comece uma frase).

Símbolo: J

O que é um Joule?

O joule (J) é a unidade de medida de energia utilizada no Sistema Internacional de Unidades (SI) e aceita no meio científico. A unidade é usada em todas as equações e cálculos envolvendo energia.

Seguindo as convenções do Sistema Internacional de Unidades (SI), os joules são abreviados com J maiúsculo porque o termo é derivado de um nome próprio, embora, se escrito por extenso, não seja maiúsculo.

Um joule (J) é definido como a quantidade de energia gasta por uma força de 1 newton movendo um objeto 1 metro na mesma direção da força.

Um newton é a força necessária para acelerar uma massa de 1 quilograma a uma taxa de 1 metro por segundo por segundo; portanto, a aceleração é tal que a velocidade da massa aumenta em 1 metro por segundo a cada segundo que passa.

O joule é uma unidade de medida de energia

Definição

A definição acima de um joule pode parecer complicada, mas a vantagem sobre ao Sistema Internacional de Unidades (SI) é que elas permitem que todas as muitas coisas que os cientistas podem querer medir sejam quantificadas em termos de um pequeno número de unidades básicas. Também significa que, ao aderir a essas unidades, todos os cientistas estão falando a mesma língua.

O joule é considerado uma unidade derivada, pois é obtido a partir das unidades básicas de quilogramas, metros e segundos.

Pode ser considerado um newton-metro – uma força de 1 newton exercida a uma distância de 1 metro.

Visto que o newton é em si uma unidade derivada, um joule pode ser dividido em metros ao quadrado vezes quilogramas vezes metros por segundo por segundo:

Força, Trabalho, Energia e Potência

Freqüentemente, há alguma confusão entre esses termos e as unidades usadas para medi-los. Uma força é uma influência que causa uma mudança no movimento de um objeto; em outras palavras, aceleração. Trabalho é o esforço de força para produzir movimento, enquanto energia é o potencial para fazer trabalho e é gasta quando o trabalho é feito. Por exemplo, empurrar um objeto em uma determinada direção envolve a aplicação de uma força, o que funciona e a energia deve ser gasta. Trabalho e energia podem ser medidos em joules.

Potência é a taxa na qual a energia é consumida e é medida em watts. Usando até 1 J de energia por um segundo, gasta 1 watt de potência, então 1 watt é 1 joule por segundo. Uma lâmpada de 100 watts usa 100 J de energia por segundo.

O consumo doméstico de eletricidade é medido em quilowatt-hora: um quilowatt é 1.000 watts e 1 quilowatt-hora é 3.600.000 J.

Exemplos

Para se ter uma ideia de quanta energia um joule realmente representa, é útil observar alguns exemplos do dia a dia. Um joule é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 grama de ar frio e seco em 1,0 °C. Uma pessoa média sentada em silêncio produz 100 J de calor a cada segundo. A quantidade de energia necessária para erguer uma pequena maçã de 1 metro contra a gravidade da Terra é aproximadamente equivalente a 1 J.

O que é energia elétrica?

A energia elétrica resulta do movimento de uma carga elétrica e é comumente referida como simplesmente “eletricidade”.

Em última instância, ele tem sua origem na força eletromagnética: uma das quatro forças fundamentais da natureza e a responsável pelo comportamento de objetos eletricamente carregados. A energia elétrica é o resultado da interação de partículas subatômicas com essa força.

A eletricidade se manifesta em fenômenos naturais como os raios e é essencial para a vida em um nível fundamental. A capacidade dos humanos de gerar, transmitir e armazenar eletricidade é crucial para a indústria moderna, a tecnologia e, na maioria dos países, a vida doméstica.

A Origem da Energia Elétrica

Existem dois tipos de carga elétrica, denominadas positiva e negativa. Se dois objetos eletricamente carregados forem aproximados um do outro, eles sentirão uma força. Se as cargas forem iguais – ambas positivas ou negativas – a força atuará para afastar os objetos um do outro. Se eles tiverem cargas diferentes, eles se atrairão. Essa repulsão ou atração é conhecida como força eletromagnética e pode ser aproveitada para criar um fluxo de energia elétrica.

Os átomos consistem em um núcleo contendo prótons carregados positivamente, com elétrons carregados negativamente orbitando ao seu redor. Os prótons normalmente permanecem no núcleo, mas os elétrons podem se mover de átomo a átomo, permitindo que fluam através de materiais, como metais, que conduzem eletricidade. Um local com excesso de elétrons sobre prótons terá carga negativa; um lugar com déficit terá carga positiva. Uma vez que cargas opostas se atraem, os elétrons irão fluir de uma área carregada negativamente para uma área carregada positivamente, se permitido, criando uma corrente elétrica.

Usando energia elétrica

A eletricidade é útil em si mesma e como meio de transferência de energia por longas distâncias. É essencial para vários processos industriais, telecomunicações e Internet, computadores, televisores e muitos outros dispositivos de uso comum. Também pode ser convertido em outras formas de energia para uso em uma variedade de outras aplicações.

Quando uma corrente elétrica flui por um condutor, ela gera uma certa quantidade de calor. A quantidade gerada depende de quão bem o material conduz eletricidade. Um bom condutor, como o cobre, produz muito pouco.

Por esta razão, fios e cabos de cobre são comumente usados para transmitir eletricidade: quando o calor é produzido, a energia é perdida, então um bom condutor minimiza a perda de energia.

Materiais que conduzem eletricidade menos bem produzem mais calor, por isso tendem a ser usados em aquecedores elétricos, fogões e fornos, por exemplo.

A energia elétrica também pode ser convertida em luz. As primeiras luzes de arco dependiam de uma descarga elétrica através de uma pequena lacuna para aquecer o ar até o ponto em que brilhasse – o mesmo princípio do relâmpago.

Mais tarde, a lâmpada de filamento foi introduzida: ela depende da corrente que faz com que um fio fino e enrolado brilhe incandescente.

Lâmpadas modernas que economizam energia passam uma corrente de alta voltagem através de um gás fino, fazendo com que ele emita luz ultravioleta, que atinge um revestimento fluorescente para produzir luz visível.

Quando um material condutor, como um fio de cobre, é movido em um campo magnético, uma corrente é gerada. Por outro lado, uma corrente fluindo através de um fio irá, se passar por um campo magnético, produzir movimento. Este é o princípio por trás de um motor elétrico. Esses dispositivos consistem em um arranjo de ímãs e bobinas de fio de cobre de modo que, quando uma corrente flui através do fio, um movimento de rotação é produzido. Os motores elétricos são amplamente utilizados na indústria e em casa, por exemplo, em máquinas de lavar e aparelhos de DVD.

Medindo energia elétrica

A energia é medida em joules, um termo que leva o nome do físico James Prescott Joule. Um joule é aproximadamente a quantidade de energia necessária para levantar um peso de um 0,45 quilograma a uma distância vertical de 22,9 cm. No entanto, geralmente é mais conveniente pensar na eletricidade em termos de potência, que é a energia dividida pelo tempo ou a taxa na qual ela flui.

Isso dá a unidade possivelmente mais familiar do watt, em homenagem ao cientista James Watt. Um watt é equivalente a um joule por segundo.

Existem várias outras unidades relacionadas à eletricidade. O coulomb é a unidade de carga elétrica. Pode ser considerada uma quantidade de elétrons – 1,6 x 1019 – uma vez que todos os elétrons têm a mesma carga, muito pequena. O ampere, geralmente abreviado para “amp”, é a unidade de corrente elétrica, ou o número de elétrons que fluem em um determinado período de tempo. Um amp é equivalente a um coulomb por segundo.

O volt é a unidade de força eletromotriz, ou a quantidade de energia que é transferida por unidade de carga, ou coulomb. Um volt é equivalente a um joule de energia sendo transferido para cada coulomb de carga.

A potência, em watts, é equivalente a volts multiplicados por amperes, portanto, uma corrente de cinco amperes a 100 volts seria equivalente a 500 watts.

Gerando Energia Elétrica

A maior parte da eletricidade é gerada por dispositivos que convertem o movimento rotacional em energia elétrica, usando o mesmo princípio de um motor elétrico, mas ao contrário.

O movimento das bobinas de fio dentro de um campo magnético produz uma corrente elétrica. Normalmente, o calor, geralmente gerado pela queima de combustíveis fósseis, é usado para produzir vapor que alimenta uma turbina para fornecer o movimento de rotação. Em uma usina nuclear, a energia nuclear fornece o calor. A energia hidrelétrica usa o movimento da água sob a gravidade para acionar a turbina.

A eletricidade gerada nas usinas é geralmente na forma de corrente alternada (CA). Isso significa que a corrente está constantemente invertendo sua direção, muitas vezes por segundo. Para a maioria dos propósitos, a corrente alternada (CA) funciona bem, e é assim que a eletricidade chega em casa. Alguns processos industriais, no entanto, requerem corrente contínua (DC), que flui em apenas uma direção.

Por exemplo, a fabricação de certos produtos químicos usa eletrólise: a divisão de compostos em elementos ou compostos mais simples usando eletricidade. Isso requer corrente contínua, portanto, essas indústrias exigirão conversão de CA para CC ou terão seu próprio suprimento de CC.

É mais eficiente transmitir eletricidade por meio de linhas de energia em tensões mais altas. Por esse motivo, as usinas geradoras utilizam dispositivos chamados transformadores para aumentar a tensão de transmissão.

Isso não aumenta a energia ou potência: quando a tensão é elevada, a corrente é reduzida e vice-versa. A transmissão de eletricidade de longa distância ocorre em muitos milhares de volts; no entanto, não pode ser usado em residências com essas tensões.

A eletricidade para dispositivos pequenos e de baixo consumo de energia geralmente é fornecida por baterias. Eles usam energia química para gerar uma corrente elétrica relativamente pequena.

Eles sempre geram uma corrente contínua e, portanto, têm um terminal negativo e um positivo. Os elétrons fluem do terminal negativo para o positivo quando um circuito é concluído.

História

James Prescott Joule

A unidade leva o nome do físico inglês James Prescott Joule, cujo trabalho levou à teoria da conservação da energia, e à primeira lei da termodinâmica, no século XIX.

Por meio de seus experimentos, ele foi capaz de determinar que a energia muda de uma forma para outra quando o trabalho é concluído, mas não pode ser criada do nada ou destruída.

Por exemplo, quando a eletricidade é usada para girar um motor, parte da energia elétrica é transformada em movimento e o resto é convertido em calor.

Ele conseguiu mostrar que o movimento mais o calor eram equivalentes à quantidade original de energia elétrica.

Fonte: www.universetoday.com/www.thoughtco.com/www.theochem.ru.nl/Encyclopaedia Britannica/www.wisegeek.org/www.techopedia.com/energyeducation.ca