Joule Information

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Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Joule (homonymie).

Joule
Informations
Système Unités dérivées du Système international
Unité de… Énergie
Symbole J
Éponyme James Prescott Joule
Dimensions M· L2· T-2
Conversions
1 J en... est égal à...
   Unités SI de base   1  kg  m2  s−2
   CGS   1 × 107  erg
   Kilowatts-heures   2,78 × 10−7  kW h
   calories   0,239  cal
   BTU   9,48 × 10−4  BTU
   Électrons-volts   6,24 × 1018  eV

Le joule (symbole : J) est une unité dérivée du Système international (SI) pour quantifier l' énergie, le travail et la quantité de chaleur [1]. Le joule étant une très petite quantité d'énergie par rapport à celles mises en jeu dans certains domaines, on utilise plutôt les kilojoules (kJ) ou les calories en nutrition et dans les tableaux de valeur nutritive, et le kilowatt-heure pour mesurer l'énergie électrique ou thermique.

L'unité doit son nom au physicien anglais James Prescott Joule qui a énoncé la relation existant entre le courant traversant une résistance et la chaleur dissipée par celle-ci, appelée depuis la loi de Joule.

Équivalences

Un kilojoule vaut 238,85 calories, et une calorie vaut 18043 joule soit 4,1868 joules [2], [3].

Un watt-heure vaut 3 600 joules, et un kilowatt-heure vaut 3 600 kilojoules.

Définition

On définit cette unité comme étant le travail d'une force motrice d'un newton dont le point d'application se déplace d'un mètre dans la direction de la force :

J = 1  N m = 1  kg m2 s−2

L'expression du joule en unités de base du Système international est donc le kilogramme mètre carré par seconde au carré [1]. Il est facile de retrouver ce résultat à partir de la formule de l' énergie cinétique E = ½ m v2, E étant exprimé en joules (J), m en kilogrammes (kg) et v en mètres par seconde (m⋅s−1).

Bien que le joule soit homogène au newton-mètre, cette dernière appellation est réservée au moment d'une force afin que l'unité rende compte de la façon dont cette grandeur est définie [4].

Autres définitions usuelles

Le concept d'énergie étant utilisé dans de nombreux domaines scientifiques, un certain nombre de définitions pratiques du joule sont possibles. Par exemple, un joule est le travail fourni par un circuit électrique pour faire circuler un courant électrique d'un ampère à travers une résistance d'un ohm pendant une seconde :

J = 1  Ω A2 s = 1  W s = 1  kg m2 s−2

Un joule est aussi l'énergie fournie par une puissance de 1 watt pendant une seconde.

Conversions

Article détaillé : Conversion des unités.

D'autres unités d'énergie sont exprimables en joules :

Un joule vaut exactement :

Un joule est approximativement égal à :

Récapitulatif
1 calorie = 4,1855  J 1 joule = 0,2389 calorie
1 thermie = 4,1855  MJ 1 joule = 2,389 × 10−7 thermie
1 kWh = 3 600 000  J 1 joule = 2,778 × 10−7  kWh
1 Ws = 1  J 1 joule = 1 Ws
1 erg = 10−7  J 1 joule = 107 ergs
Pa m3 = 1  J 1 joule = 1  Pa m3
1 eV = 1,602 177 33 × 10−19  J 1 joule = 6,241 506 363 09 × 1018  eV

Multiples et sous-multiples

On n'utilise en pratique que les multiples et sous-multiples de mille en mille (préfixes milli, micro, nanoetc. pour les sous-multiples, kilo, méga, gigaetc. pour les multiples).

Sous-multiples

Multiples

Le térajoule, le pétajoule et l'exajoule sont souvent utilisés dans les brochures relatives aux consommations énergétiques nationales ou mondiales :

  • TJ = 0,2778  GWh
  • PJ = 0,2778  TWh
  • EJ = 0,2778  PWh = 277,8  TWh = 0,947  PBtu (ou quadrillion Btu) = 23,884  Mtep

Dans la vie courante

Article détaillé : Ordre de grandeur (énergie).

Dans la vie de tous les jours et approximativement :

  • 1 joule :
    • l'énergie requise pour élever une pomme (100 grammes) d'un mètre dans le champ de pesanteur terrestre ;
    • l'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme (un litre) d'air sec d'un degré Celsius.
  • 4,18 joules :
    • l'énergie requise pour élever la température d'un gramme d'eau d'1  °C.
  • 1 000 joules :
    • la quantité de chaleur dégagée en dix secondes par une personne au repos ;
    • l'énergie nécessaire à un enfant de 30  kg pour grimper 3,40  m
    • l'énergie consommée par une requête Google [5].
  • 1 mégajoule (un million de joules) :
    • 16,7 minutes de chauffage par un radiateur de 1 000  W.
  • Monter 10 mètres à pied pour une personne de 70  kg, prend 70 × 9,81 × 10 Joules soit 6 867 joules, soit (divisé par 4,1855) 1 640,7 calories, donc 1,64  kcal, sans compter l'énergie dépensée par les frottements, les mouvements et le fonctionnement des organes du corps humain.

Notes et références

  1. a et b Bureau international des poids et mesures, « Unités SI dérivées cohérentes ayant des noms spéciaux et des symboles particuliers » (consulté le 4 janvier 2016)
  2. C'est la conversion un watt-heure = 860  cal (exactement) qui a été choisie par le Comité international des poids et mesures dès 1939, et confirmée officiellement en 1948 ( Procès-verbaux des séances, 2e série, tome XXI).
  3. Unit Juggler, « Conversion calories en joules », sur www.unitjuggler.com (consulté le 4 novembre 2014).
  4. Bureau international des poids et mesures, « Unité ayant des noms spéciaux ». Lire l'avant-dernier paragraphe.
  5. (en) Justin Stoltzfus, « The Carbon Footprint of a Web Search: Who's Green? », sur www.techopedia.com, (consulté le 18 août 2014)

Voir aussi

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Articles connexes