Joule

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Joule
Informations
Système Unités dérivées du système international
Unité de... Énergie
Symbole J
Éponyme James Prescott Joule
Conversions
1 J en... est égal à...
  Unités SI de base   kgm2s-2
  CGS   1×107 erg
  Kilowatts-heure   2,78×10−7 kW⋅h
  Calories   2,39×10−4 kcal
  BTU   9,48×10−4 BTU
  Électrons-volt   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.

1 kilojoule vaut 239,200 81 calories, et 1 calorie vaut 4,18 joules. 1 watt-heure vaut 3 600 joules, et 1 kilowatt-heure vaut 3 600 kilojoules.

L'unité doit son nom au physicien anglais James Prescott Joule.

Définition[modifier | modifier le code]

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 :

\rm 1\; J = 1\; W \cdot s = 1\; N \cdot m = 1\; kg \cdot m^2 \cdot s^{-2}

L'expression du joule en unité 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 E = 1/2 m v2, E étant 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[2].

Autres définitions usuelles[modifier | modifier le code]

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 d'un ampère à travers une résistance d'un ohm pendant une seconde :

\rm 1\; J = 1\; \Omega \cdot A^2 \cdot s = 1\; W \cdot s = 1\; kg \cdot m^2 \cdot s^{-2}

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

Conversions[modifier | modifier le code]

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 = 4,185 5 J 1 joule = 0,238 9 calorie
1 thermie = 4,185 5 MJ 1 joule = 2,389×10-7 thermie
1 kWh = 3 600 000 J 1 joule = 2,778 10×10-7 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

Le térajoule (symbole : TJ), le pétajoule (PJ) et l'exajoule (EJ) sont souvent utilisés dans les brochures relatives aux consommations énergétiques nationales ou mondiales. Le préfixe téra correspond à 1012 (mille milliards) :

  • 1 TJ = 1012 J
  • 1 TJ = 0,277 8 GWh

le préfixe péta correspond à 1015 (un million de milliards) :

  • 1 PJ = 1015 J
  • 1 PJ = 0,277 8 TWh

et le préfixe exa correspond à 1018 (un milliard de milliards) :

  • 1 EJ = 1018 J
  • 1 EJ = 0,277 8 PWh ou 277,8 TWh

Dans la vie courante[modifier | modifier le code]

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.[3]
  • 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 = 6 867 joules, soit, divisé par 4,185 5, 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[modifier | modifier le code]

  1. a et b Bureau international des poids et mesures, « Unités SI dérivées cohérentes ayant des noms spéciaux et des symboles particuliers »
  2. Bureau international des poids et mesures, « Unité ayant des noms spéciaux ». Lire l'avant-dernier paragraphe.
  3. (en) Justin Stoltzfus, « The Carbon Footprint of a Web Search: Who's Green? », sur www.techopedia.com,‎ February 22, 2012 (consulté le August 18, 2014)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]