焦耳

焦耳（簡稱焦）是國際單位制中能量、功或熱量的導出單位，符號為J。焦耳是因紀念物理學家詹姆斯·焦耳而命名^[1][2]。

此條目頁的主題是能量的單位焦耳。關於物理學家焦耳，請見「詹姆斯·普雷斯科特·焦耳」。

焦耳
單位制	國際單位制導出單位
物理量名稱	能量
符號	J
得名	詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
單位換算
1 J	相當於
國際單位制基本單位	公斤⋅米2⋅秒−2
公分-克-秒制	7007100000000000000♠1×107 爾格
千瓦·時	7000100079999999999♠2.78×10−7 kW·h
卡路里 (熱化學)	6996239000000000000♠2.390×10−4 kcalth
英熱單位	7000100019294828376♠9.48×10−4 BTU
電子伏特	6999999758127888000♠6.24×1018 eV

1焦耳可以定義為：

• 施加1牛頓作用力經過1米距離所需的能量（或做的機械功）。

• 移動1庫侖電荷通過1伏特電壓差所需作的功，或1庫侖·伏特。這關係也可以逆反過來定義伏特。
• 產生1瓦特功率1秒時間所需作的功，或1瓦特·秒。這關係也可以逆反過來定義瓦特。

用單位表示可表示為：

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

符號	單位	意涵
J	焦耳	能量
N	牛頓	力
kg	公斤	重量
m	公尺	長度
s	秒	時間
Pa	帕	壓力
W	瓦	功率
C	庫倫	電量
V	伏特	電壓

與力矩單位的混淆

雖然在單位方面，表示焦耳為牛頓·公尺是正確的，為了避免與力矩單位發生混淆，國際度量衡局並不鼓勵這種用法^[3]。力矩與能量的物理意義完全不同。

就物理量本身來說，能量由力和距離內積得到，是純量；力矩由力和距離外積得到，是向量，兩者有根本的不同。

實際例子

一焦耳能量相等於施加一牛頓的作用力於任意物件，使之移動一米距離；也等於在重力影響下將一個質量為102克的蘋果抬高一公尺；或是1瓦特的功率作1秒所釋放的能量。

單位轉換

一焦耳相等於：

• 1×10⁷ 爾格
• 6.24150974×10¹⁸ 電子伏特
• 0.239 （小）卡路里
• 9.4782×10⁻⁴ 英國熱量單位（British thermal unit，BTU）
• 0.737 呎·磅力（foot-pounds force）
• 23.7 呎·磅（foot-pounds）
• 2.7778×10⁻⁷ 千瓦·時
• 2.7778×10⁻⁴ 瓦·時

以焦耳定義的單位：

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

應用範圍

能量

• 熱能
• 化學能
• 電能
• 輻射能
• 核動力/核能

• 彈性能
• 聲能
• 機械能
• 光能
• 位能
• 動能
• 生質能

功

熱量

「熱量」與「熱能」並不相同，兩者之間的關係，就好比是作功與機械能之間的關係一樣。

參閱

• 單位轉換
• 數量級 (能量)
• 瓦特
• 能量
• 牛頓 (單位)

參考文獻

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. 國際度量衡局官方網頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）表明："通過綜合幾個基本單位，衍生單位通常可以以不同方式表達。例如，焦耳可以正式地寫為牛頓·公尺或公斤·公尺²／秒²。但是，這種代數自由還必須考慮到符合實際狀況；在某種狀況，使用某特定形式所得到的益處會比較多。實際而言，為了區分擁有同樣因次的不同物理量，有些物理量必須取特定的衍生單位為其單位。"
4. 一篇關於將營養單位從卡路里改變到焦耳的報告：The adoption of joules as units of energy （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, FAO/WHO Ad Hoc Committee of Experts on Energy and Protein, 1971.

外部連結