줄 (단위)

3. 역사

1882년, 빌헬름 지멘스는 영국 과학진흥협회 회장 취임 연설에서 처음으로 열의 단위로 "줄"을 제안했다. 그는 1 암페어(A) 전류가 1 옴(Ω) 저항을 1 초 동안 흐를 때 발생하는 열량이 10⁷ 에르그(erg)에 해당한다고 정의했다. 지멘스는 열역학 발전에 공헌한 제임스 프레스콧 줄의 이름을 따서 이 단위를 '줄'이라고 명명할 것을 제안했다.^[8]

1889년, 제2차 국제전기회의에서 줄, 와트(watt), 쿼드런트(quadrant, 후에 헨리로 개명)가 공식적으로 채택되었다.^[9]

1935년, 국제전기기술위원회(IEC)는 조반니 조르지 시스템을 채택하여 줄의 정의를 재정립했다. 1946년, 국제도량형위원회(CIPM)는 줄을 1 미터 거리에 걸쳐 작용하는 힘의 단위(뉴턴)가 하는 일의 단위로 정의했다.^[11] 1948년, 제9차 국제도량형총회(CGPM)는 줄을 열량측정의 맥락에서 열의 단위로도 사용하도록 권고하면서 칼로리 사용을 공식적으로 폐지했다.^[12]

4. 다른 단위와의 환산

1 줄은 다음과 같이 환산된다.

• 1×10⁷ 에르그
• = 약 (전자볼트)
• 0.2390 cal (열화학 칼로리)
• 2.3901×10⁻⁴ kcal (열화학 킬로 칼로리)
• 9.4782×10⁻⁴ BTU (영국 열 단위)
• 0.7376 ft·lbf (foot-pound force)
• 23.7 ft·pdl (foot-poundals)
• 2.7778×10⁻⁷ 킬로와트시
• 2.7778×10⁻⁴ 와트 시
• 9.8692×10⁻³ litre-atmosphere
• 1×10⁻⁴⁴ Foe (exactly)
• = 약 (킬로그램) – 에너지의 질량 환산. 특수상대성이론 참조.

4. 1. 줄을 이용하여 정의된 단위

5. 배수 및 약수

6. 실생활에서의 예

1줄은 대략 다음과 같은 에너지에 해당한다.

• 사람이 안정 상태에서 1/60초 (약 16.67ms, 기초대사량) 동안 열로 방출하는 에너지.
• 1W(와트)짜리 기기를 1초 동안 작동하는 데 필요한 전기량.
• 1kg의 질량을 1m/s²의 가속도로 1m 이동시키는 데 필요한 에너지.
• 1m/s의 속도로 이동하는 2kg의 질량 또는 1.41m/s의 속도로 이동하는 1kg의 질량이 가지는 운동 에너지.
• 질량이 101.97g인 사과를 1m 들어 올리는 데 필요한 에너지.
• 0.239g의 물의 온도를 0°C에서 1°C로 높이는 데 필요한 열량.^[15]
• 매우 느리게(0.72km/h) 움직이는 50kg의 사람의 운동 에너지.
• 21.6km/h의 속도로 움직이는 56g의 테니스공의 운동 에너지.^[16]
• 일반 크기의 설탕 결정체의 절반보다 약간 많은 양(0.102mg/결정체)에 들어있는 식품 에너지.

6. 1. 킬로줄 (kJ)

6. 2. 메가줄 (MJ)

7. 뉴턴미터와 토크

역학에서 어떤 방향의 힘 개념은 어떤 각도에 대한 토크 개념과 밀접한 유사성을 가진다.

이러한 유사성의 결과로 토크의 SI 단위는 뉴턴미터이며, 대수적으로 차원이 줄과 같지만 서로 바꿔 사용할 수 없다. 국제도량형총회는 에너지 단위에 '줄'이라는 이름을 부여했지만 토크 단위에는 특별한 이름을 부여하지 않았으므로 단순히 뉴턴미터(N⋅m) – 구성 요소에서 파생된 복합 이름 – 이다.^[33] 토크에는 뉴턴미터를, 에너지에는 줄을 사용하는 것은 오해와 의사소통 오류를 피하는 데 도움이 된다.^[33]

이러한 차이는 에너지가 스칼라량 – 힘 벡터와 변위 벡터의 점곱 – 이라는 사실에서도 알 수 있다. 반대로 토크는 벡터 – 힘 벡터와 거리 벡터의 외적 – 이다. 토크와 에너지는 다음 방정식으로 서로 관련되어 있다.

:''E'' = ''τθ''

여기서 ''E''는 에너지, ''τ''는 토크의 벡터 크기, ''θ''는 회전각(단위: 라디안)이다. 평면각은 무차원이므로 토크와 에너지는 같은 차원을 갖는다.

8. 와트초

'''와트초'''(기호 '''W⋅s''' 또는 '''W s''')는 줄과 같은 에너지의 유도 단위이다.^[34] 1와트의 전력이 1초 동안 유지될 때의 에너지와 같다. 와트초는 단위와 의미 모두에서 줄과 같지만, 사진 전자 플래시 장치의 정격과 같이 "줄" 대신 "와트초"라는 용어를 사용하는 경우도 있다.^[35]

참조

_[1] 간행물 SIbrochure8th
_[2] 웹사이트 American Heritage Dictionary of the English Language, Online Edition (2009) https://web.archive.[...] 2009
_[3] 서적 The American Heritage Dictionary, Second College Edition Houghton Mifflin Co. 1985
_[4] 서적 McGraw-Hill Dictionary of Physics, Fifth Edition McGraw-Hill, Inc. 1997
_[5] 논문 NIST Guide to the SI, Chapter 4: The Two Classes of SI Units and the SI Prefixes https://www.nist.gov[...] 2016-01-28
_[6] 서적 Fundamentals of Physics Wiley 1974
_[7] 웹사이트 What Is a Joule? - Chemistry Definition https://www.thoughtc[...] 2024-04-07
_[8] 간행물 Report of the Fifty-Second Meeting of the British Association for the Advancement of Science http://gallica.bnf.f[...] 1882-08
_[9] 웹사이트 A chronological history of the modern metric system http://www.metricati[...] 2009
_[10] 서적 Proceedings of the International Electrical Congress https://archive.org/[...] American Institute of Electrical Engineers 1894
_[11] 웹사이트 CIPM, 1946, Resolution 2, Definitions of electric units http://www.bipm.org/[...]
_[12] 웹사이트 9th CGPM, Resolution 3: Triple point of water; thermodynamic scale with a single fixed point; unit of quantity of heat (joule). http://www.bipm.org/[...]
_[13] 간행물 SIbrochure
_[14] 논문 SI Redefinition https://www.nist.gov[...] 2018-05-11
_[15] 웹사이트 Units of Heat – BTU, Calorie and Joule http://www.engineeri[...] 2021-06-14
_[16] 서적 Energy and the Environment https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[17] 웹사이트 Physics – CERN https://web.archive.[...] 2012-12-13
_[18] 웹사이트 You Say Calorie, We Say Kilojoule: Who's Right? https://web.archive.[...] 2017-05-02
_[19] 웹사이트 Construction of a Composite Total Solar Irradiance (TSI) Time Series from 1978 to present https://web.archive.[...] 2011-08-30
_[20] 문서 계산식
_[21] 문서 계산식
_[22] 웹사이트 Energy Units – Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy – Energy Information Administration https://www.eia.gov/[...]
_[23] 보고서 Report LA-8819: The yields of the Hiroshima and Nagasaki nuclear explosions https://web.archive.[...] Los Alamos National Laboratory 1985-09
_[24] 웹사이트 International Space Station Final Configuration https://web.archive.[...] European Space Agency
_[25] 뉴스 Analysis – How Big Is Hurricane Irma? https://www.washingt[...] 2017-09-11
_[26] 뉴스 A weakened Irma unleashes more damage on Florida coast https://archive.toda[...] 2017-09-11
_[27] 보고서 World Energy Outlook 2022 https://www.iea.org/[...] International Energy Agency 2022
_[28] 웹사이트 Volumes of the World's Oceans from ETOPO1 https://ngdc.noaa.go[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2020-08-19
_[29] 웹사이트 The Sun https://www.pveducat[...]
_[30] 웹사이트 The adoption of joules as units of energy http://www.fao.org/d[...] 1971
_[31] 웹사이트 Physical Units http://www.numerican[...]
_[32] 웹사이트 Neutrinos and Supernovae https://web.archive.[...] Los Alamos National Laboratory 1997-10-25
_[33] 웹사이트 Units with special names and symbols; units that incorporate special names and symbols https://web.archive.[...] International Bureau of Weights and Measures
_[34] 간행물 SIbrochure8th
_[35] 웹사이트 What Is A Watt Second? https://web.archive.[...] 2017-06-02
_[36] 법률 計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）
_[37] 법률 計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）
_[38] 간행물 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 CIPM
_[39] 간행물 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 CIPM
_[40] 법률 計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）
_[41] 간행물 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 CIPM
_[42] 서적 数学と理科の法則・定理集
_[43] 법률 計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）
_[44] 법률 計量単位令（平成四年十一月十八日政令第三百五十七号）
_[45] 웹사이트 原子力総合パンフレット https://www.jaero.or[...] 日本原子力文化財団
_[46] 웹사이트 A chronological history of the modern metric system http://www.metricati[...]
_[47] 서적 Proceedings of the International Electrical Congress https://archive.org/[...] American Institute of Electrical Engineers
_[48] 웹사이트 CIPM, 1946, Resolution 2, Definitions of electric units http://www.bipm.org/[...]
_[49] 웹사이트 9th CGPM, Resolution 3: Triple point of water; thermodynamic scale with a single fixed point; unit of quantity of heat (joule) http://www.bipm.org/[...]