जूल (इकाई)

जूल (उच्चारण,  ;     प्रतीक: J) अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (एसआई) में ऊर्जा की इकाई है। यह उस कार्य (भौतिकी) की मात्रा के बराबर होता है जब 1 न्यूटन (इकाई) का बल किसी द्रव्यमान को लगाए गए बल की दिशा में 1 मीटर की दूरी से विस्थापित करता है। यह ऊष्मा के रूप में नष्ट होने वाली ऊर्जा भी है जब एक एम्पीयर की विद्युत धारा एक ओम ( Ohm प्रतिरोध की इकाई) के प्रतिरोध से एक सेकंड के लिए गुजरती है। इसका नाम अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स प्रेस्कॉट जूल (1818-1889) के नाम पर रखा गया है।

परिभाषा
एसआई मूल इकाइयों के संदर्भ में और विशेष नामों वाली एसआई व्युत्पन्न इकाइयों के संदर्भ में, जूल को इस प्रकार परिभाषित किया गया है

एक जूल को निम्नलिखित में से किसी एक द्वारा भी परिभाषित किया जा सकता है:
 * एक कूलम्ब के विद्युत आवेश को एक वोल्ट, या एक कूलम्ब-वोल्ट (C⋅V) के विद्युत विभवांतर के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक कार्य। इस संबंध का उपयोग वोल्ट को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है।
 * एक सेकंड या एक वाट-सेकंड (W⋅s) के लिए एक वाट बिजली का उत्पादन करने के लिए आवश्यक कार्य (किलोवाट-घंटे की तुलना करें, जो 3.6 मेगाजूल है)। इस संबंध का उपयोग वाट को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है।

इतिहास
सीजीएस प्रणाली को 1881 में प्रथम अंतर्राष्ट्रीय विद्युत कांग्रेस में आधिकारिक घोषित किया गया था। एर्ग को 1882 में ऊर्जा की अपनी इकाई के रूप में अपनाया गया था। कार्ल विल्हेम सीमेंस ने ब्रिटिश एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस (23 अगस्त 1882) के अध्यक्ष के रूप में अपने उद्घाटन भाषण में पहली बार जूल को ऊष्मा की इकाई के रूप में प्रस्तावित किया था, जिसे विद्युत चुम्बकीय इकाइयाँ एम्पीयर और ओम, सीजीएस इकाइयों में $1$ के बराबर से प्राप्त किया जाएगा। जेम्स प्रेस्कॉट जूल (1818-1889) के सम्मान में इकाई का नामकरण, जो उस समय सेवानिवृत्त थे लेकिन अभी भी जीवित हैं (63 वर्ष की आयु), सीमेंस के कारण है:
 * "ऐसी ऊष्मा इकाई, यदि स्वीकार्य पाई जाती है, तो मुझे लगता है कि बड़े औचित्य के साथ, उस व्यक्ति के नाम पर जूल कहा जा सकता है, जिसने ऊष्मा के गतिशील सिद्धांत को विकसित करने के लिए बहुत कुछ किया है।"

31 अगस्त 1889 को दूसरे अंतर्राष्ट्रीय विद्युत कांग्रेस में, जूल को आधिकारिक तौर पर वाट और चतुर्थांश के साथ अपनाया गया (बाद में इसका नाम बदलकर हेनरी (इकाई) कर दिया गया)। उसी वर्ष 11 अक्टूबर 1889 को जूल की मृत्यु हो गई। चौथे कांग्रेस (1893) में, "अंतरराष्ट्रीय एम्पीयर" और "अंतरराष्ट्रीय ओम" को उनके माप के लिए विशिष्टताओं में थोड़े बदलाव के साथ, "अंतर्राष्ट्रीय जूल" उनसे प्राप्त इकाई थी।

1935 में, इंटरनेशनल इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन (इंटरनेशनल इलेक्ट्रिकल कांग्रेस के उत्तराधिकारी संगठन के रूप में) ने "जियोर्गी प्रणाली" को अपनाया, जिसमें चुंबकीय स्थिरांक के लिए एक परिभाषित मान मानने के कारण जूल की पुनर्परिभाषा भी निहित थी। जियोर्गी प्रणाली को 1946 में वज़न और माप के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था। जूल को अब विद्युत चुम्बकीय इकाई के मूल पर परिभाषित नहीं किया गया था, बल्कि 1 मीटर की दूरी पर बल की एक इकाई (उस समय इसे न्यूटन नाम नहीं दिया गया) द्वारा किए गए कार्य की इकाई के रूप में परिभाषित किया गया था। जूल को स्पष्ट रूप से विद्युत चुम्बकीय और यांत्रिक दोनों संदर्भों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की इकाई के रूप में अभिप्रेत था। 1948 में वज़न और माप पर नौवें आम सम्मेलन में परिभाषा के अनुसमर्थन में यह विशिष्टता जोड़ी गई कि कैलोरीमेट्री के संदर्भ में जूल को ऊष्मा की इकाई के रूप में भी प्राथमिकता दी जाएगी, जिससे आधिकारिक तौर पर कैलोरी के उपयोग को अस्वीकार कर दिया जाएगा। यह परिभाषा जूल की प्रत्यक्ष अग्रदूत थी जैसा कि 1960 में आधुनिक अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली में अपनाया गया था।

J = kg⋅m2⋅s−2 1946 के रूप में जूल की परिभाषा 1946 से अपरिवर्तित बनी हुई है, लेकिन व्युत्पन्न इकाई के रूप में जूल को दूसरे (1960 और 1967 में), मीटर (1983 में) और किलोग्राम (2019 में) की परिभाषाओं में परिवर्तन विरासत में मिला है।

1 मीटर की दूरी पर बल की एक इकाई (उस समय न्यूटन का नाम नहीं दिया गया) द्वारा किए गए कार्य की इकाई है।

व्यावहारिक उदाहरण
एक जूल प्रतिनिधित्व करता है (लगभग):
 * चलाने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा a $1$ के लिए उपकरण $2.78 kW⋅h$.
 * तेज करने के लिए आवश्यक ऊर्जा a $2.39 kcal_{th}$ मास एट $9.48 BTU$ की दूरी के माध्यम से $6.24 eV$.
 * a . की गतिज ऊर्जा $erg$ सामूहिक यात्रा $1/1000$, या ए $1/4000$ सामूहिक यात्रा $1 W$.
 * एक मध्यम आकार के टमाटर को ऊपर उठाने के लिए आवश्यक ऊर्जा 1 m, यह मानते हुए कि टमाटर का द्रव्यमान है 101.97 g.
 * 0.239 ग्राम पानी के तापमान को 0 डिग्री सेल्सियस से 1 डिग्री सेल्सियस या 32 डिग्री फ़ारेनहाइट से 33.8 डिग्री फ़ारेनहाइट तक बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी।
 * प्रत्येक 1/60 सेकंड में आराम करने वाले व्यक्ति द्वारा गर्मी के रूप में जारी की जाने वाली विशिष्ट ऊर्जा ($1 s$).
 * a . की गतिज ऊर्जा $1 kg$ मानव बहुत धीमी गति से चल रहा है (0.2 m/s)
 * a . की गतिज ऊर्जा $1 m/s2$ टेनिस बॉल चलती है 6 m/s.
 * चीनी क्रिस्टल के आधे से थोड़ा अधिक में खाद्य ऊर्जा (kcal) ($1 m$/ क्रिस्टल)।

गुणक

 * Zeptojoule: $2 kg$ लगभग एक इलेक्ट्रॉनवोल्ट है। कमरे के तापमान पर थोड़ा बदलने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा - लगभग $1 m/s$ - Landauer लिमिट द्वारा दिया जाता है।
 * Nanojoule: $1 kg$ एक उड़ने वाले मच्छर की गतिज ऊर्जा के बारे में है।
 * Microjoule: लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) प्रति कण माइक्रोजूल क्रम (7 TeV) के टकराव पैदा करता है।
 * Kilojoule: अधिकांश देशों में पोषण संबंधी खाद्य लेबल ऊर्जा को किलोजूल (kJ) में व्यक्त करते हैं। पृथ्वी का एक वर्ग मीटर लगभग प्राप्त करता है $1.41 m/s$ सूर्य के प्रकाश की#सौर स्थिरांक हर सेकेंड पूरे दिन के उजाले में। स्प्रिंट में एक इंसान की गतिज ऊर्जा लगभग 3 kJ होती है, जबकि एक चीता a . में $17 ms$ (76 मील प्रति घंटे) स्प्रिंट में लगभग 20 kJ होता है। एक वाट घंटे की बिजली है $50 kg$.
 * Megajoule: मेगाजूल लगभग एक मेगाग्राम (टन) वाहन की गतिज ऊर्जा है जो पर चलती है $56 g$ (100 मील प्रति घंटे)। ऊष्मा के लिए आवश्यक ऊर्जा $0.102 mg$ से लगातार दबाव पर तरल पानी का 0 C प्रति 100 C लगभग है $160 zeptojoule$. एक किलोवाट घंटा बिजली है $2.75 zJ$.
 * Gigajoule: $160 nanojoule$ दहन की रासायनिक ऊर्जा के बारे में है 1 oilbbl पेट्रोलियम का। 2 जीजे प्लैंक यूनिट यूनिट के बारे में है। एक मेगावाट-घंटे बिजली है $1.4 kilojoules$.
 * Terajoule: टेराजूल के बारे में है $122 km/h$ (जिसे अक्सर ऊर्जा तालिकाओं में प्रयोग किया जाता है)। के बारे में $3.6 kilojoules$ लिटिल बॉय द्वारा ऊर्जा का विमोचन किया गया। लगभग . के द्रव्यमान वाला अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन $161 km/h$ और कक्षीय वेग $10 liters$, लगभग की गतिज ऊर्जा है $4.2 MJ$. 2017 में, तूफान इरमा का अनुमान लगाया गया था कि की शिखर पवन ऊर्जा होगी $3.6 megajoules$. एक गीगावाट-घंटे बिजली है $6 gigajoule$.
 * Petajoule: $3.6 gigajoules$ के बारे में है $0.278 GWh$ टीएनटी का, जो कि ज़ार बॉम्बा द्वारा जारी ऊर्जा की मात्रा है, जो अब तक का सबसे बड़ा मानव निर्मित विस्फोट है। एक टेरावाट-घंटे बिजली है $63 TJ$.
 * Exajoule: 2011 तोहोकू भूकंप और जापान में सुनामी था $450 megagrams$ पल परिमाण पैमाने पर 9.0 की रेटिंग के अनुसार ऊर्जा का। संयुक्त राज्य अमेरिका में वार्षिक ऊर्जा|यू.एस. ऊर्जा की खपत की मात्रा मोटे तौर पर $7,700 m/s$. एक पेटावाट-घंटे बिजली है $13 TJ$.
 * Zettajoule: ज़ेटाजूल पानी के गुणों के समान गुणों को मानते हुए, बाल्टिक समुद्र को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा से कुछ अधिक है। मानव वार्षिक विश्व ऊर्जा खपत लगभग है $112 TJ$. पृथ्वी के वायुमंडल का तापमान 1°C बढ़ाने की ऊर्जा लगभग है $3.6 terajoules$.
 * Yottajoule: यॉटाजूल हिंद महासागर को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा से थोड़ा कम है, यह मानते हुए कि गुण शुद्ध पानी के समान हैं। सूर्य का ऊष्मीय उत्पादन लगभग है $210 petajoule$ प्रति सेकंड।

रूपांतरण
1 जूल बराबर है (लगभग जब तक अन्यथा न कहा गया हो): जूल के संदर्भ में परिभाषित इकाइयों में शामिल हैं:
 * $50 megatons$ (बिल्कुल)
 * $3.6 petajoules$ (ग्राम कैलोरी)
 * $1.41 EJ$ (खाद्य कैलोरी)
 * $94 EJ$ (फुट-पाउंड)
 * $3.6 exajoules$ (फुट-पाउंडल)
 * $0.5 ZJ$ (किलोवाट-घंटा)
 * $2.2 ZJ$ (वाट-घंटा)
 * $400 YJ$ (लीटर-वायुमंडल)
 * $erg$ (द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता के माध्यम से)
 * $6.242 eV$ (बिल्कुल)
 * $0.239 cal$ (द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता के माध्यम से)
 * $2.39 kcal$ (बिल्कुल)
 * 1 थर्मोकेमिकल कैलोरी = 4.184J
 * 1 अंतर्राष्ट्रीय टेबल कैलोरी = 4.1868J
 * 1W⋅h = 3600जे (या 3.6केजे)
 * 1kW⋅h = $9.478 BTU$ (या 3.6एमजे)
 * 1W⋅s = $0.738 ft⋅lb$
 * 1टन टीएनटी = $23.7 ftpdl$

न्यूटन-मीटर और टॉर्क
यांत्रिकी में, बल की अवधारणा (किसी दिशा में) टोक़ की अवधारणा (कुछ कोण के बारे में) में एक करीबी एनालॉग है:

इस समानता का एक परिणाम यह है कि टोक़ के लिए एसआई इकाई न्यूटन-मीटर है, जो जूल के समान आयामी विश्लेषण करने के लिए बीजगणितीय रूप से काम करती है, लेकिन वे विनिमेय नहीं हैं। भार और माप पर सामान्य सम्मेलन ने ऊर्जा की इकाई को जूल नाम दिया है, लेकिन टोक़ की इकाई को कोई विशेष नाम नहीं दिया है, इसलिए यह केवल न्यूटन-मीटर (N⋅m) है - इसके घटक से प्राप्त एक यौगिक नाम भागों। ऊर्जा के लिए टॉर्क और जूल के लिए न्यूटन-मीटर का उपयोग गलतफहमी और गलत संचार से बचने में सहायक है।

अंतर इस तथ्य में भी देखा जा सकता है कि ऊर्जा एक अदिश (भौतिकी) मात्रा है - एक बल यूक्लिडियन वेक्टर और एक विस्थापन वेक्टर का डॉट उत्पाद। इसके विपरीत, टोक़ एक वेक्टर है - एक बल वेक्टर और एक दूरी वेक्टर का क्रॉस उत्पाद। टोक़ और ऊर्जा समीकरण द्वारा एक दूसरे से संबंधित हैं $$E = \tau \theta\, ,$$ जहां ई ऊर्जा है, (परिमाण (गणित) # यूक्लिडियन वेक्टर स्पेस का) टोक़ है, और θ कोण घुमाया गया है (रेडियन में)। चूँकि समतल कोण विमाहीन होते हैं, अतः बलाघूर्ण और ऊर्जा के आयाम समान होते हैं।

वाट-सेकंड
एक वाट-सेकंड (प्रतीक W s या W⋅s) जूल के बराबर ऊर्जा की एक व्युत्पन्न इकाई है। वाट-सेकंड एक सेकंड के लिए निरंतर एक वाट की शक्ति के बराबर ऊर्जा है। जबकि वाट-सेकंड दोनों इकाइयों और अर्थों में जूल के बराबर है, कुछ ऐसे संदर्भ हैं जिनमें जूल के बजाय वाट-सेकंड शब्द का उपयोग किया जाता है, जैसे कि फोटोग्राफिक फ्लैश (फोटोग्राफी) की रेटिंग में।

यह भी देखें

 * प्रवाह
 * पारस्परिक जूल