Joule Nedir: Bir enerji veya iş olduğunda joule kelimesi oldukça fazla karşımıza çıkar. Joule belli bir birimi anlatan ve enerji ölçümünü gösteren bir yapıdır. O halde, joule ne demek, Joule birimi, sembolü, formülü ve hesaplama hakkındaki bilgiler nelerdir.
Belirlenmiş bir ağırlık kapsamında belli bir hareket noktasına kadar yapılan iş üzerinden joule anlatılmaktadır. Kısaca yapılan iş olarak da açıklanabilir.
Joule Nedir?
Enerji veya iş birimine Joule (Jul) denir. 1 newtonluk kuvvet ile bir cismi 1 metre kadar hareket ettirilmesi ile yapılan iş olarak da açıklanabilir. Böylece farklı ağırlık ve ölçü birimleri ile joule üzerinden hesaplama ve çevirme işlemi yapılır. Bu durumda herhangi bir iş için ne kadar enerji gerektiği hesaplaması yapılabilir.
Joule Birimi
Joule birimi, uygulamalarda (J) diye gösterilir. Aynı zamanda, ‘kj’ kilo şeklinde ele alınır. Joule kilo, Newton, watt, Coulomb veya dyn gibi değişik birim üzerinden de değerlendirilir.
1 kilo joul (kJ) = 1000 joule eşittir.
Joule Sembolü
Adını İngiliz fizikçi James Prescott Joule’dan almıştır. Uluslararası Birim Sistemi’nde enerji, iş veya ısı miktarından türetilmiş bir birimdir. Sembolü aynı şekilde, “J” üzerinden gösterilmektedir.
- 1 Joule = 0,24 cal veya 10.000.000 erg’e eşittir.
- 1 Joule = 1/4,18 cal = 0,24 cal = 10 7 erg’dir.
- 1 Joule = 1 Newton x 1 Metre = 1 N x 1 m
- 1 Joule = 1 Watt x 1 Saniye = 1 Watt x 1 s
- 1 Joule = 1 Colomb x 1 Volt = 1 C x 1 V
- 1 Joule = 100.000 Dyn x 100 cm = 10.000.000 Erg
- Joule = kg x m² /s²
Joule Formülü
Joule bir enerji birimidir. Joule formülü bazı farklı bilim birimleri üzerinden işlem gerçekleştirilir. Bu formül sabittir. 1800’lü yılların sonlarında hesabı yapılmış bir işlemdir.
Joule formülü şu şekilde yazılabilir.
J = kg x m² / s²
Bu şekli ile metre ve kilogram ile saniye üzerinde joule hesaplaması yapılmaktadır. Bu formül her zaman geçerlidir.
Enerji hesaplaması için gereken formüller. Her formülün altında listelenen birimler kullanıldığı sürece, cevap Joule cinsinden olacaktır.
joule = newton x metre
joule = watt x saniye
- Kinetik Enerji = 1/2 x Kütle x Hız²
joule = 1/2 x kilo x ({metre} / {saniye})²
- Sıcaklık Değişimi = Kütle x Özgül Isı Kapasitesi x Sıcaklık Değişimi
joule = gram x ç x ΔT
T = ° C veya Kelvin cinsinden sıcaklık
Özgül ısı kapasitesi ç ısıtılmış malzemeye bağlıdır. Birimleriniz /gramsºC.
- Elektrik Enerjisi = Güç x Zaman = Akım² 2 x Direnç x Zaman
joule = watt x saniye = amper² x ohm x saniye
Joule Nasıl Hesaplanır?
Joule iş birimi olarak 1 amperlik akım şiddetinin 1 ohm‘luk bir dirençten geçmesiyle 1 saniyede yapılan iştir.
Elektrik enerjisinin:
Watt güç, bu gücü ne kadar sürede harcadığı, kullanılan toplam enerjiyi joule = watt x saniye olarak buluruz. Joule (J), Güç (W), Zaman (t)
Enerji = güç x zaman ve Güç = voltaj x akım.
Elektrik gücü enerji ile ilgilidir.
Elektrik enerjisi = güç (Watt) x t (saniye)
Soru: 24 saat açık kalan 100 wattlık bir lamba tüketilen enerji ne kadardır hesaplayalım?
Çözüm: J = W x t
t = 24 saat t = 1 saat 60 dakika olduğundan 24 x 60 =1440 dakika
1 dakika 60 saniye olduğundan 1440 x 60 = 86.400 saniye bulunur.
J = W x t
W = 100 watt 100W x 86.400 = 8.640.000 Joule olarak bulunur.
Elektrik enerjisi, joule, kilojoule veya megajul (megajoule) cinsinden de bulunur. Matematiksel olarak büyük sayılarla ve çok sayıda sıfırla sonuçlanabilir. Bundan dolayı harcanan elektrik enerjisini Kilowatt saat cinsinden ifade etmek daha kolaydır.
1 kilo jul =1000 joul olduğuna göre;
Kilojul = 8.640.000 / 1000 = 8.640 kilojoul (kj =10³ J)
mega jul = 8.640/1000= 8.64 megajul (MJ = 106 J) olur.
Elektrik gücü watt veya kilowatt (kW) zaman olarak, saniye değil de saat olarak ölçülüyorsa elektrik enerjisi birimi kilowatt saat (kWh) olacaktır.
Sorumuza dönersek 100 Wattlık lamba 100x 24= 2400 watt saat veya 2.4 kWh enerji harcayacaktır. Bu da 8.640.000 jul ‘un daha net anlaşılmasını sağlayacaktır.
1 Kilowatt saat (kwh), 1000 watt saat veya 3.6 megajoule’ e eşdeğer bir enerji birimidir. Kilowatt saat, kullandığımız elektrik enerjisi miktarını belirler. Kilowatt saat elektrik enerjisini faturalamada kullanıldığından standart enerji birimidir.
Joule Kanunu Nedir?
Günlük yaşantımızda elektrik enerjisi, ısı enerjisine dönüşür. Örneğin elektrik sobası, elektrik ocağı, elektrikli fırın vs bu cihazların hepsi elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürür. Bu ısıtıcıların içerisinden bir akım geçer. Bundan dolayı ısıtıcılar ısı yayarlar.
İçerisinden akım geçen katı sıvı ve gaz cisimler ısınırlar. Bu durumda elektrik enerjisi direk olarak ısı enerjisine dönüşür. Isı enerjisi ile elektrik enerjisi arasında oluşan değişimler üzerinden Joule hesaplaması gerçekleşir. Bu hesaplamaya aynı zamanda joule kanunu da denir.
Joule Kanunu’na göre;
Elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşürken bazı olaylar meydana gelir. İçinden akım geçen bir iletken ısınır. Oluşan ısının miktarı, iletkenin direncine bağlı olarak üzerinden geçirilen akımın karesi ve akımın geçme süresi ile doğru orantılıdır. Joule kanunu, bir iletkende üretilen (dönüştürülen) ısı miktarının nelere bağlı olduğunu ortaya koyar.
Joule Kanunu, Isıtıcının Yaydığı Isı Enerjisi
- Q : İletkendeki ısı miktarı (Joule – J) veya (Cal-Kalori)
- U : İletkene uygulanan gerilim (V)
- P : İletkende harcanan güç (W)
- I : İletkenden geçen akım (A)
- R : İletkenin direnci ( W)
- t : Akımın geçme süresi (saniye – sn)
Formül: W = I² x R x t veya W = P x t olarak yazılır.
Sıcaklık ve ısı karıştırmamalıdır. Halbuki bağlılıkları vardır ama birbirinden farklıdırlar.
Bir enerji şeklidir. Isı kendi başına iş yapabilir. Akaryakıtın, kömürün vs gibi şeylerin yanmasıyla yada üstünden akım geçmesi ile iletken ısı enerjisi oluşturur.
Isı, kalorimetre (calorimeter) ile ölçülür. Isının birimi ise kaloridir kısaca (cal) diye yazılır.
Atmosfer basıncında 1 gram suyun sıcaklığını 1°C artırmak için enerji miktarına kalori denir. 1 Kilo kalori 1000 kaloriye eşittir. Bunlara kilogram kalori yada büyük kaloride denir. Kalori, joule ile ifade edilir. Kalori enerji birimi olarak maddenin ısı miktarını belirlemek amacıyla kullanılır
Herhangi bir yerin veya cismin taşıdığı ısı miktarının bir ölçüsüdür.
Sıcaklık ölçen alet termometredir (thermometer). Sıcaklığın birimi santigrat derecedir (O°C) diye yazılır.
Örnek olarak, odamızı ısı enerjisi ısıtır. Oda ısınır. Odanın sıcaklığını (O°C) şeklinde söyleyebiliriz.
Yapılan deneylerle 1 joule’ lük iş yapılınca 0, 24 cal ısı elde edildiği bilinmektedir.
Jul cinsindeki değeri kaloriye çevirirken elektrikli ısıtıcılardan elde edilen değer 0,24 ile çarpılır.
Q = 0,24 x W
Watt’ın değerini yazdığımızda
Q = 0,24 x I² x R x t yada Q = 0,24 x P x t yazılır
Çözüm:
I = 6 amper R = 75 ohm T = 30 dak. = 30 x 60 = 1800 saniye Q = 0,24 x I² x R x t
Q = 0,24 x 6² x 75 x 1800 Q = 1166400 cal
1 k x cal =1000 cal olduğu için bulunan değer 1000’e bölündüğü zaman
Q = 1166400 / 1000 = 1166,4 k.cal
Elektrik akımının ısı etkisi endüstriyel fırınlarda, döküm işlerinde, kaynak işleri vb. işlerde direkt olarak kullanılmaktadır.
Ayrıca elektrik akımının ısı etkisi dikkate alınarak veya ondan yararlanılarak birçok kontrol elemanı yapılmaktadır.
Örneğin, evinizdeki elektrikli sobanın yaydığı ısı, akımın ısıtıcı telinden geçmesi ile ilgilidir. Ayarladığınız sıcaklıkta ısıtıcının devre dışı kalması (çalışmasının durması) bir kontrol elemanı olan termistör ya da termostatla ilgilidir.
İşte bu elemanlar elektrik akımının ısı etkisi dikkate alınarak yapılmış elemanlardır.
Enerji Birimi Joule’ün Diğer Birimlere Joule Watt Dönüşümü.
- 1 joule kaç watt; Elektrikte 1 joule, 1 watt x saniye’ ye eşittir.
- 1 watt kaç joule; 1 watt x saniye = 1 joule eşittir.
- 1 Joule = 1 Newton x 1 Metre = 1 N x 1 m
- 1 Joule = 1 Watt x 1 Saniye = 1 W x 1 s
- 1 Joule = 1 Coulomb x 1 Volt = 1 C x 1 V
- 1 Joule = 100.000 Dyn x 100 cm = 10.000.000 Erg.
Joule –Thomson Olayı;
İdeal gazlarda ısı aktarımı yapmayan sıcaklık değişimi ile hacmin büyümesini ve küçülmesini sağlayan olaya joule thomson olayı denir.