Joule (J)

Das Joule ist die SI-Einheit für Energie, Arbeit und Wärme. Es ist definiert als die Energiemenge, die übertragen wird, wenn eine Kraft von 1 Newton einen Körper über 1 Meter in Richtung der Kraft bewegt. Die Einheit ist nach dem Physiker James Prescott Joule benannt.

Darstellung in SI-Basiseinheiten

Als abgeleitete Einheit wird das Joule in SI-Basiseinheiten wie folgt dargestellt:

1 J = 1 kg·m²/s²

Dies beschreibt Energie als Funktion von Masse, Weg und Zeit.

Energie in verschiedenen Kontexten

Das Joule tritt in verschiedenen physikalischen Gleichungen auf:

• Mechanische Arbeit:
  W = F × d
  (Kraft × Weg)

• Elektrische Energie:
  W = V × I × t
  (Spannung × Strom × Zeit)

• Wärmeenergie:
  Q = m × c × ΔT
  (Masse × spezifische Wärmekapazität × Temperaturänderung)

Praktische Beispiele

• Ein fallender Apfel (ca. 100 g aus 1 m Höhe) setzt etwa 1 J potenzielle Energie frei

• Eine AA-Batterie speichert ca. 9000 J

• Ein Blitzschlag kann bis zu 5 Milliarden J freisetzen

Anwendungen

• Physik und Technik: Universelle Einheit zur Energiebewertung

• Elektrische Systeme: Stromverbrauch und Energieabrechnung (z. B. 1 kWh = 3,6 Millionen J)

• Thermodynamik: Erfassung von Wärme und innerer Energie

• Ernährungswissenschaft: 1 Kalorie = 4,184 J, Umrechnung von Nahrungsenergie

• Industrielle Prozesse: Erfassung von Energieein- und -ausgängen in mechanischen und thermischen Systemen