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ジュール - Wikipedia
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ジュール

エネルギー、仕事しごと、熱量ねつりょう、電力でんりょく量りょうの単位たんい
曖昧さ回避 この項目こうもくでは、単位たんいについて説明せつめいしています。

ジュール（英えい: joule、記号きごう：J）は、エネルギー、仕事しごと、熱量ねつりょう、電力でんりょく量りょうの単位たんいである。ジェームズ・プレスコット・ジュールに因ちなむ。

ジュール
joule
記号きごう J
系けい 国際こくさい単位たんい系けい (SI)
種類しゅるい 組立くみたて単位たんい
量りょう エネルギー・仕事しごと・熱量ねつりょう・電力でんりょく量りょう
組立くみたて kg·m2· s−2, N· m
定義ていぎ 1ニュートンの力ちからがその力ちからの方向ほうこうに物体ぶったいを1メートル動うごかすときの仕事しごと[1]
語源ごげん ジェームズ・プレスコット・ジュール
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1 ジュールは標準ひょうじゅん重力じゅうりょくの下したで 102.0 グラム（ほぼキウイフルーツまたはマンガン乾電池かんでんちの質量しつりょう）の物体ぶったいを 1 メートル持もち上あげる時ときの仕事しごとに相当そうとうする（ニュートン (単位たんい)#リンゴによる力ちからの表現ひょうげんを参照さんしょう）。

定義ていぎ

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国際こくさい単位たんい系けい (SI) 及および日本にっぽんの計量けいりょう法ほうにおけるジュール J の定義ていぎは以下いかの通とおり。

  • 1 ニュートンの力ちからがその力ちからの方向ほうこうに物体ぶったいを 1メートル動うごかすときの仕事しごと[2][3]

ジュールはSI組立くみたて単位たんいであり、 N⋅m 又またはSI基本きほん単位たんいを用もちいて kg⋅m2⋅s−2　と表記ひょうきされる[4]。

ジュールと形式けいしき的てきには同おなじ単位たんいを力ちからのモーメント[5]（これはエネルギーではない）にも用もちいることができるが、仕事しごとやエネルギーの単位たんいとして「ニュートンメートル」を使用しようすると混乱こんらんを招まねくおそれがあるため注意ちゅういが必要ひつようである[6]。

1 ジュールは、1 ボルト (V) の電圧でんあつの中なかで 1 クーロン (C) の電荷でんかを動うごかすのに必要ひつような仕事しごととも定義ていぎできる[7]。

  • J = C⋅V

1 秒間びょうかんに 1 ジュールの仕事しごとが行おこなわれるときの仕事率しごとりつが 1 ワット (W) であり、ワット W はジュール J と秒びょう s から定義ていぎされる。

  • W = J/s

日本にっぽんの計量けいりょう法ほうは、仕事しごと・熱量ねつりょう・電力でんりょく量りょうの単位たんいとして、ジュールとともにワット秒びょう（ジュールと等ひとしい）、ワット時じ (= 3600 J) の使用しようを認みとめている[8]。

電力でんりょく量りょうの単位たんいとして、1 キロワット (= 1000 J/s) の電力でんりょくを 1 時間じかん (= 3600 s) 消費しょうひしたときの電力でんりょく量りょうである 1 キロワット時きろわっとじ (= 1 kJ/s × 3600 s = 3.6 MJ) がよく用もちいられる。

他たの単位たんいへの換算かんさん

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1 ジュールは次つぎのように換算かんさんされる。

ここで g0 = 9.80665 m/s2 は標準ひょうじゅん重力じゅうりょく加速度かそくど、e = 1.602176634×10−19 Cは電気でんき素もと量りょうであり、c = 299792458 m/s は真空しんくう中ちゅうの光速こうそくである。またカロリーは 1 cal = 4.184 J とする計量けいりょう単位たんい令れいの定義ていぎを用もちいた[9][注釈ちゅうしゃく 1]。

倍量ばいりょう・分量ぶんりょう単位たんい

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「SI接頭せっとう語ご」も参照さんしょう
ジュール (J) の倍量ばいりょう・分量ぶんりょう単位たんい
分量ぶんりょう 倍量ばいりょう
値ね 記号きごう 名称めいしょう 値ね 記号きごう 名称めいしょう
10−1 J dJ デシジュール 101 J daJ デカジュール
10−2 J cJ センチジュール 102 J hJ ヘクトジュール
10−3 J mJ ミリジュール 103 J kJ キロジュール
10−6 J µJ マイクロジュール 106 J MJ メガジュール
10−9 J nJ ナノジュール 109 J GJ ギガジュール
10−12 J pJ ピコジュール 1012 J TJ テラジュール
10−15 J fJ フェムトジュール 1015 J PJ ペタジュール
10−18 J aJ アトジュール 1018 J EJ エクサジュール
10−21 J zJ ゼプトジュール 1021 J ZJ ゼタジュール
10−24 J yJ ヨクトジュール 1024 J YJ ヨタジュール
10−27 J rJ ロントジュール 1027 J RJ ロナジュール
10−30 J qJ クエクトジュール 1030 J QJ クエタジュール
よく使つかわれる単位たんいを太字ふとじで示しめす

キロジュール

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キロジュール（記号きごう：kJ）は、ジュールの 103 = 1000 倍ばいである。

  • 1 kJ の仕事しごとは、仕事率しごとりつ 1 kWの装置そうちが 1 秒間びょうかんにする仕事しごとである。
  • 1 kJ の熱量ねつりょうで、0 °Cの水みず（固体こたい）を 3 g 溶とかすことができる。
  • 1 kJ の熱量ねつりょうで、0 °C、5 g の水みず（液体えきたい）の温度おんどを 50 °C 上あげることができる[注釈ちゅうしゃく 2]。
  • 地球ちきゅう上じょうで 100 kg の物体ぶったいを 1 m（または 1 kg の物体ぶったいを 100 m）鉛直えんちょく方向ほうこうに持もち上あげたときに生しょうじる仕事しごとは 100 kgw·m、約やく 1 kJ である。
  • 1 kJ は、10/36 W·h（約やく 0.28 W·h）に等ひとしい。

メガジュール

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メガジュール（記号きごう：MJ）は、ジュールの 106 = 1000000 倍ばいである。

  • 1 MJ の仕事しごとは、仕事率しごとりつ 1 kW で動作どうさする装置そうちが 1000 s（16 分ふん 40 秒間びょうかん）にする仕事しごとである。
  • 1 MJ の熱量ねつりょうで、0 °C の氷こおりを 3 kg 溶とかすことができる。
  • 1 MJ は、10/36 kW·h（約やく 0.28 kW·h）に等ひとしい。

ペタジュール

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ペタジュール（記号きごう：PJ）は、ジュールの1015 = 一いち千せん兆ちょう倍ばいである。エネルギー統計とうけいでよく使つかわれる単位たんいで、原油げんゆ25,800kLの熱量ねつりょうに相当そうとうする[10]。

歴史れきし

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CGS単位たんい系けいにおけるエネルギーの単位たんいとして、1882年ねんにエルグ(erg)が導入どうにゅうされた。同年どうねん8月がつ、イギリス科学かがく振興しんこう協会きょうかいの会長かいちょうに就任しゅうにんしたカール・ウィルヘルム・シーメンス（英語えいご版ばん）は、その就任しゅうにん演説えんぜつにて、熱量ねつりょうの単位たんいとして「ジュール」の導入どうにゅうを初はじめて提唱ていしょうした。シーメンスが提唱ていしょうしたジュールは、「1オームの電気でんき抵抗ていこうに1アンペアの電流でんりゅうを1秒びょう間あいだ流ながした時ときに発生はっせいする熱量ねつりょう」というもので、107エルグに等ひとしいとされた。ジュールという単位たんい名称めいしょうもシーメンスがこのとき提唱ていしょうしたものだが、名めい祖そのジェームズ・プレスコット・ジュールは、当時とうじ引退いんたいはしていたが存命ぞんめいだった。

このような熱量ねつりょうの単位たんいがもし許容きょようされるなら、それは熱ねつ力学りきがくの発展はってんに貢献こうけんした彼かれの名なを取とってジュールと呼よぶべきだろうと思おもう[注釈ちゅうしゃく 3]。

1889年ねん8月がつ31日にちの第だい2回かい国際電気こくさいでんき会議かいぎにて、電力でんりょくの単位たんいワット(watt)、インダクタンスの単位たんいクワドラント(quadrant)（後のちにヘンリー(henry)に改称かいしょう）とともにジュールが正式せいしきに採用さいようされた[11]。名めい祖そのジュールは同年どうねん10月がつ11日にちに亡なくなった。1893年ねんの第だい4回かい国際電気こくさいでんき会議かいぎにおいて、従来じゅうらいと現げん示しめせ方法ほうほうが異ことなる「国際こくさいアンペア」と「国際こくさいオーム」が定義ていぎされ、ジュールも、これらから組くみ立たてられる「国際こくさいジュール」となった[12]。

1935年ねん、国際電気こくさいでんき標準ひょうじゅん会議かいぎ（国際電気こくさいでんき会議かいぎの後継こうけい）においてジョヴァンニ・ジョルジが提唱ていしょうしたジョルジ単位たんい系けいが採用さいようされ、ジュールは磁気じき定数ていすうに基もとづいて再さい定義ていぎされた。ジョルジ単位たんい系けいは1946年ねんに国際こくさい度量衡どりょうこう委員いいん会かいで承認しょうにんされ、現行げんこうの国際こくさい単位たんい系けい(SI)の元もととなるMKSA単位たんい系けいとなったが、この際さいに国際こくさい度量衡どりょうこう委員いいん会かいはジュールを「1メートルの距離きょりで1単位たんいの力ちから[注釈ちゅうしゃく 4]が行おこなう仕事しごとの単位たんい」と定義ていぎした[13]。1948年ねんの第だい9回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかいでこの定義ていぎが採択さいたくされた。またこの際さいに、熱量ねつりょうの単位たんいとしてもジュールを使用しようするものとし、それまで熱量ねつりょうの単位たんいとされていたカロリーが正式せいしきに廃止はいしされた[14]。

脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ カロリーは非ひ SI 単位たんい。
  2. ^ 温度おんど上昇じょうしょうによって水みずの熱容量ねつようりょうが変化へんかしない場合ばあい。
  3. ^ "The unit of heat has hitherto been taken variously as the heat required to raise a pound of water at the freezing-point through 1° Fahrenheit or Centigrade, or, again, the heat necessary to raise a kilogramme of water 1° Centigrade. The inconvenience of a unit so entirely arbitrary is sufficiently apparent to justify the introduction of one based on the electro-magnetic system, viz. the heat generated in one second by the current of an Ampère flowing through the resistance of an Ohm. In absolute measure its value is 107 C.G.S. units, and, assuming Joule's equivalent as 42,000,000, it is the heat necessary to raise 0.238 grammes of water 1° Centigrade, or, approximately, the 1⁄1000th part of the arbitrary unit of a pound of water raised 1° Fahrenheit and the 1⁄4000th of the kilogramme of water raised 1° Centigrade. Such a heat unit, if found acceptable, might with great propriety, I think, be called the Joule, after the man who has done so much to develop the dynamical theory of heat."Carl Wilhelm Siemens, Report of the Fifty-Second Meeting of the British Association for the Advancement of Science. S. 6 f.
  4. ^ 「ニュートン」のことだが、当時とうじはまだ固有こゆうの名称めいしょうがなかった。

出典しゅってん

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  1. ^ 計量けいりょう単位たんい令れい（平成へいせい四よん年ねん十じゅう一いち月がつ十じゅう八はち日にち政令せいれい第だい三さん百ひゃく五ご十じゅう七なな号ごう） 、別表べっぴょう第だい一いち 二に十じゅう六ろく：仕事しごと
  2. ^ 計量けいりょう単位たんい令れい（平成へいせい四よん年ねん十じゅう一いち月がつ十じゅう八はち日にち政令せいれい第だい三さん百ひゃく五ご十じゅう七なな号ごう） 別表べっぴょう第だい1 項こう番ばん26 「仕事しごと」の欄らん
  3. ^ 国際こくさい文書ぶんしょ 国際こくさい単位たんい系けい (SI) 第だい 8 版はん日本語にほんご版ばん (2006) p. 56　CIPM1946年ねん　ジュールは，1 MKS 単位たんいの力ちから[ニュートン]の作用さよう点てんがその力ちからの方向ほうこうに 1 メートルに等ひとしい距離きょりだけ移動いどうするときになされる仕事しごとである
  4. ^ 国際こくさい文書ぶんしょ 国際こくさい単位たんい系けい (SI) 第だい 8 版はん日本語にほんご版ばん (2006) p.29 表ひょう3
  5. ^ 計量けいりょう単位たんい令れい（平成へいせい四よん年ねん十じゅう一いち月がつ十じゅう八はち日にち政令せいれい第だい三さん百ひゃく五ご十じゅう七なな号ごう） 別表べっぴょう第だい1 項こう番ばん21、「力ちからのモーメント」の欄らん、計量けいりょう単位たんい：ニュートンメートル、定義ていぎ：ある定点ていてんから一いちメートル隔へだたった点てんにその定点ていてんに向むかって直角ちょっかく方向ほうこうに一いちニュートンの力ちからを加くわえたときのその定点ていてんのまわりの力ちからのモーメント
  6. ^ 国際こくさい文書ぶんしょ 国際こくさい単位たんい系けい (SI) 第だい 8 版はん日本語にほんご版ばん (2006) p. 30–31。ジュールは，形式けいしき的てきにニュートンメートル又るまたはキログラムメートル 2 乗じょう毎秒まいびょう毎秒まいびょうと表あらわせる．しかし (中略ちゅうりゃく) 実際じっさいには，ある量りょうに対たいして，固有こゆうの単位たんい名めいをつかうか，単位たんい名めいの組くみ合あわせを使つかうかの選択せんたくは，同おなじ次元じげんを持もつ異ことなる量りょうを区別くべつしやすいように，どちらかを優先ゆうせんすることとなる 。
  7. ^ 『数学すうがくと理科りかの法則ほうそく・定理ていり集しゅう』48頁ぺーじ
  8. ^ 計量けいりょう単位たんい令れい（平成へいせい四よん年ねん十じゅう一いち月がつ十じゅう八はち日にち政令せいれい第だい三さん百ひゃく五ご十じゅう七なな号ごう） 、別表べっぴょう第だい一いち 二に十じゅう六ろく：仕事しごと、三さん十じゅう：熱量ねつりょう、四よん十じゅう八はち：電力でんりょく量りょう。（計量けいりょう単位たんいの定義ていぎ）第だい二に条じょう 法ほう第だい三さん条じょうに規定きていする計量けいりょう単位たんいの定義ていぎは、別表べっぴょう第だい一いちのとおりとする
  9. ^ 計量けいりょう単位たんい令れい（平成へいせい四よん年ねん十じゅう一いち月がつ十じゅう八はち日にち政令せいれい第だい三さん百ひゃく五ご十じゅう七なな号ごう） 、別表べっぴょう第だい六ろく（第だい五ご条じょう関係かんけい）十じゅう三さん。 カロリー : ジュール又るまたはワット秒びょうの四よん・一いち八はち四よん倍ばい 。
  10. ^ 「エネルギーの安定あんてい供給きょうきゅうの確保かくほ」『原子力げんしりょく総合そうごうパンフレット』日本にっぽん原子力げんしりょく文化ぶんか財団ざいだん、2021年ねん。https://www.jaero.or.jp/sogo/detail/cat-01-05.html。 
  11. ^ Pat Naughtin: A chronological history of the modern metric system, metricationmatters.com, 2009.
  12. ^ Proceedings of the International Electrical Congress. New York: American Institute of Electrical Engineers. (1894). https://archive.org/details/proceedingsinte01chicgoog 
  13. ^ CIPM, 1946, Resolution 2, Definitions of electric units. bipm.org.
  14. ^ 9th CGPM, Resolution 3: Triple point of water; thermodynamic scale with a single fixed point; unit of quantity of heat (joule)., bipm.org.

関連かんれん項目こうもく

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エネルギーの単位たんい
ジュール
(J = kg·m2/s2) 		キロワット時きろわっとじ
(kW·h) 		電子でんしボルト
(eV) 		重量じゅうりょうキログラムメートル
(kgf·m) 		国際こくさい蒸気じょうき表ひょうカロリー
(calIT)
1 J = 1 ≈ 2.778×10−7 ≈ 6.242×1018 ≈ 1.020×10−1 ≈ 2.388×10−1
1 kW·h = 3.6×106 = 1 ≈ 2.247×1025 ≈ 3.671×105 ≈ 8.598×105
1 eV = 1.602176634×10−19 ≈ 4.450×10−26 = 1 ≈ 1.634×10−20 ≈ 3.827×10−20
1 kgf·m = 9.80665 ≈ 2.724×10−6 ≈ 6.121×1019 = 1 ≈ 2.342
1 calIT = 4.1868 ≈ 1.163×10−6 ≈ 2.613×1019 ≈ 4.269×10−1 = 1


参考さんこう文献ぶんけん

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