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 आयाम 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।

प्रयोगात्मक उदाहरण
एक जूल दर्शाता है (लगभग):
 * $1$ उपकरण को $2.78 kW⋅h$ तक चलाने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा।
 * $2.39 kcal_{th}$ द्रव्यमान को $9.48 BTU$ की दूरी तक $6.24 eV$ की गति से त्वरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है।
 * $erg$ की गति से यात्रा करने वाले $1/1000$ द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा, या $1/4000$ की गति से यात्रा करने वाले $1 W$ द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा है।
 * सेब को 1 m, ऊपर उठाने के लिए आवश्यक ऊर्जा, यह मानते हुए कि सेब का द्रव्यमान 101.97 g है।
 * 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 ऊष्मा है।
 * प्रत्येक 1/60 सेकंड $1 s$ में आराम करने वाले व्यक्ति द्वारा गर्मी के रूप में जारी की जाने वाली विशिष्ट ऊर्जा है।
 * $1 kg$ के मानव की गतिज ऊर्जा बहुत धीमी गति से चलती (0.2 m/s) है।
 * 6 m/s की गति से चलती हुई $1 m$ टेनिस बॉल की गतिज ऊर्जा है।
 * सामान्य आकार के चीनी क्रिस्टल ($1 m/s2$/ क्रिस्टल) के आधे से थोड़ा अधिक में खाद्य ऊर्जा (किलो कैलोरी) है।

गुणक

 * ज़ेप्टोजूल: $1 m/s$ लगभग एक इलेक्ट्रॉनवोल्ट है। कमरे के तापमान पर गणना में थोड़ा सा डेटा बदलने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा - लगभग $2 kg$ - लैंडौअर सीमा द्वारा दी गई है।
 * नैनोजूल: $1.41 m/s$ उड़ने वाले मच्छर की गतिज ऊर्जा के बराबर है।
 * माइक्रोजूल: लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) प्रति कण माइक्रोजूल क्रम (7 TeV) के टकराव पैदा करता है।
 * किलोजूल: अधिकांश देशों में पोषण संबंधी खाद्य लेबल ऊर्जा को किलोजूल में व्यक्त करते हैं। पृथ्वी का एक वर्ग मीटर पूरे दिन के उजाले में प्रति सेकंड लगभग $1 kg$ सौर विकिरण प्राप्त करता है। इंसान की गतिज ऊर्जा लगभग 3 किलोजूल होती है, जबकि एक चीता की $17 ms$ (76 मील प्रति घंटे) की गति में लगभगग 20 किलोजूल होता है। एक वाट घंटे की बिजली है $50 kg$ है।
 * मेगाजूल: मेगाजूल लगभग $56 ग्राम$ (100 मील प्रति घंटे) की गति से चलने वाले एक मेगाग्राम (टन) वाहन की गतिज ऊर्जा है। :0 C से 100 C तक निरंतर दबाव पर $0.102 mg$ तरल पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा लगभग $160 ज़ेप्टोजूल$ है। एक किलोवाट घंटा बिजली $2.75 zJ$ है।
 * गीगाजूल: $160 नैनोजूल$ 1 oilbbl के दहन की रासायनिक ऊर्जा के बारे में है। 2 जीजे ऊर्जा इकाई के बारे में है। एक मेगावाट-घंटा बिजली $1.4 किलोजूल$ है।
 * टेराजूल: टेराजूल लगभग $122 किमी/घंटा$ है (जिसे अधिकांशतः ऊर्जा तालिकाओं में प्रयोग किया जाता है)। लिटिल बॉय द्वारा लगभग $3.6 किलोजूल$ ऊर्जा जारी की गई। लगभग $161 किमी/घंटा$ द्रव्यमान और $10 liters$, के कक्षीय वेग वाले अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की गतिज ऊर्जा लगभग $4.2 MJ$ है। 2017 में, तूफान इरमा की अधिकतम पवन ऊर्जा $3.6 मेगाजूल$ होने का अनुमान लगाया गया था। एक गीगावाट-घंटे बिजली $6 गीगाजूल$ है।
 * पेटाजूल: $3.6 गीगाजूल$ लगभग $0.278 GWh$ टीएनटी है, जो कि ज़ार बॉम्बा द्वारा जारी ऊर्जा की मात्रा है, जो अब तक का सबसे बड़ा मानव निर्मित विस्फोट है। एक टेरावाट-घंटा बिजली $63 TJ$ है।
 * एक्साजूल: 2011 में जापान में तोहोकू भूकंप और सुनामी में क्षण परिमाण पैमाने पर 9.0 की रेटिंग के अनुसार $450 मेगाग्राम$ ऊर्जा थी। वार्षिक अमेरिकी ऊर्जा खपत लगभग $7,700 मीटर/सेकेंड$ थी। एक पेटावाट-घंटा बिजली $13 TJ$ है।
 * ज़ेट्टाजूल: ज़ेटाजूल बाल्टिक सागर को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा से कुछ अधिक है, जो शुद्ध पानी के गुणों के समान है। मानव वार्षिक विश्व ऊर्जा खपत लगभग $112 TJ$ है। पृथ्वी के वायुमंडल का तापमान 1°C बढ़ाने की ऊर्जा लगभग $3.6 टेराजूल$ है।
 * यॉटाजूल: यॉटाजूल हिंद महासागर को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा से थोड़ा कम है, जो शुद्ध पानी के गुणों के समान है। सूर्य का ऊष्मीय उत्पादन लगभग $210 पेटाजूल$ प्रति सेकंड है।

रूपांतरण
1 जूल बराबर है (लगभग जब तक अन्यथा न कहा गया हो): जूल के संदर्भ में परिभाषित इकाइयों में सम्मिलित हैं:
 * $50 मेगाटन$ (बिल्कुल)
 * $3.6 पेटाजूल$ (ग्राम कैलोरी)
 * $1.41 EJ$ (खाद्य कैलोरी)
 * $94 EJ$ (फुट-पाउंड)
 * $3.6 एक्साजूल$ (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 3.6 किलोजूल)
 * 1kW⋅h = $9.478 BTU$ (या 3.6 एमजे)
 * 1 W⋅s = $0.738 ft⋅lb$
 * 1 टन टीएनटी = $23.7 ftpdl$

न्यूटन-मीटर और बलाघूर्ण
यांत्रिकी में, बल की अवधारणा (किसी दिशा में) का बलाघूर्ण (कुछ कोण के बारे में) की अवधारणा में निकट अनुरूप होता है:

इस समानता का परिणाम यह है कि बलाघूर्ण 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 आयाम ने ऊर्जा की इकाई को जूल नाम दिया है, लेकिन बलाघूर्ण की इकाई को कोई विशेष नाम नहीं दिया है, इसलिए यह केवल न्यूटन-मीटर (N⋅m) है - इसके घटक से प्राप्त एक यौगिक नाम भाग है। बलाघूर्ण के लिए न्यूटन-मीटर और ऊर्जा के लिए जूल 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 सदिश और एक विस्थापन सदिश का अदिश गुणनफल है। इसके विपरीत, बलाघूर्ण एक सदिश है - एक बल सदिश और एक दूरी सदिश का सदिश गुणनफल है। बलाघूर्ण और ऊर्जा समीकरण द्वारा एक दूसरे से संबंधित हैं $$E = \tau \theta\, ,$$ जहां E ऊर्जा है, τ (सदिश परिमाण) बलाघूर्ण है, और θ कोण घुमाया गया है (रेडियन में)। चूँकि समतल कोण कोण आयामहीन होते हैं, इसका तात्पर्य यह है कि बलाघूर्ण और ऊर्जा के आयाम समान होते हैं।

वाट-सेकंड
एक वाट-सेकंड (प्रतीक W s या W⋅s) जूल के समतुल्य ऊर्जा की एक व्युत्पन्न इकाई है। वाट-सेकंड एक वॉट की शक्ति के बराबर ऊर्जा है जो एक सेकंड तक बनी रहती है। जबकि वाट-सेकंड दोनों इकाइयों और अर्थों में जूल के बराबर है, कुछ ऐसे संदर्भ हैं जिनमें "जूल" के अतिरिक्त "वाट-सेकंड" शब्द का उपयोग किया जाता है, जैसे कि फोटोग्राफिक इलेक्ट्रॉनिक फ्लैश इकाइयों की रेटिंग में िया जाता है।

यह भी देखें

 * प्रवाह
 * पारस्परिक जूल