焦耳

焦耳（简称焦）是国际单位制中能量、功或热量的导出单位，符号为J。焦耳是因纪念物理学家詹姆斯·焦耳而命名^[1][2]。

此条目页的主题是能量的单位焦耳。关于物理学家焦耳，请见“詹姆斯·普雷斯科特·焦耳”。

焦耳
单位制	国际单位制导出单位
物理量名称	能量
符号	J
得名	詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
单位换算
1 J	相当于
国际单位制基本单位	公斤⋅米2⋅秒−2
公分-克-秒制	7007100000000000000♠1×107 尔格
千瓦·时	7000100079999999999♠2.78×10−7 kW·h
卡路里 (热化学)	6996239000000000000♠2.390×10−4 kcalth
英热单位	7000100019294828376♠9.48×10−4 BTU
电子伏特	6999999758127888000♠6.24×1018 eV

1焦耳可以定义为：

• 施加1牛顿作用力经过1米距离所需的能量（或做的机械功）。

• 移动1库仑电荷通过1伏特电压差所需做的功，或1库仑·伏特。这关系也可以逆反过来定义伏特。
• 产生1瓦特功率1秒时间所需做的功，或1瓦特·秒。这关系也可以逆反过来定义瓦特。

用单位表示可表示为：

${\displaystyle {\rm {J=N\cdot m=\left({\frac {kg\cdot m}{s^{2}}}\right)\cdot m={\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{2}}}=Pa\cdot m^{3}=W\cdot s\ =C\cdot V\,\!}}}$

符号	单位	意涵
J	焦耳	能量
N	牛顿	力
kg	公斤	重量
m	公尺	长度
s	秒	时间
Pa	帕	压力
W	瓦	功率
C	库伦	电量
V	伏特	电压

与力矩单位的混淆

虽然在单位方面，表示焦耳为牛顿·公尺是正确的，为了避免与力矩单位发生混淆，国际度量衡局并不鼓励这种用法^[3]。力矩与能量的物理意义完全不同。

就物理量本身来说，能量由力和距离内积得到，是纯量；力矩由力和距离外积得到，是向量，两者有根本的不同。

实际例子

一焦耳能量相等于施加一牛顿的作用力于任意物件，使之移动一米距离；也等于在重力影响下将一个质量为102克的苹果抬高一公尺；或是1瓦特的功率作1秒所释放的能量。

单位转换

一焦耳相等于：

• 1×10⁷ 尔格
• 6.24150974×10¹⁸ 电子伏特
• 0.239 （小）卡路里
• 9.4782×10⁻⁴ 英国热量单位（British thermal unit，BTU）
• 0.737 呎·磅力（foot-pounds force）
• 23.7 呎·磅（foot-pounds）
• 2.7778×10⁻⁷ 千瓦·时
• 2.7778×10⁻⁴ 瓦·时

以焦耳定义的单位：

• 1 小卡路里= 4.184焦耳^[4]
• 1 瓦·时 = 3,600焦耳
• 1 千瓦·时 = 3,600,000焦耳
• 1 吨TNT = 4.184×10⁹焦耳

应用范围

能量

• 热能
• 化学能
• 电能
• 辐射能
• 核动力/核能

• 弹性能
• 声能
• 机械能
• 光能
• 位能
• 动能
• 生质能

功

热量

“热量”与“热能”并不相同，两者之间的关系，就好比是做功与机械能之间的关系一样。

参阅

• 单位转换
• 数量级 (能量)
• 瓦特
• 能量
• 牛顿 (单位)

参考文献

1. The American Heritage Dictionary, Second College Edition (1985). Boston: Houghton Mifflin Co., p. 691.
2. McGraw-Hill Dictionary of Physics, Fifth Edition (1997). McGraw-Hill, Inc., p. 224.
3. 国际度量衡局官方网页 （页面存档备份，存于互联网档案馆）表明："通过综合几个基本单位，衍生单位通常可以以不同方式表达。例如，焦耳可以正式地写为牛顿·公尺或公斤·公尺²／秒²。但是，这种代数自由还必须考虑到符合实际状况；在某种状况，使用某特定形式所得到的益处会比较多。实际而言，为了区分拥有同样因次的不同物理量，有些物理量必须取特定的衍生单位为其单位。"
4. 一篇关于将营养单位从卡路里改变到焦耳的报告：The adoption of joules as units of energy （页面存档备份，存于互联网档案馆）, FAO/WHO Ad Hoc Committee of Experts on Energy and Protein, 1971.

外部链接