Joule-Rechner
Wandeln Sie Energieeinheiten um und berechnen Sie Arbeit aus Kraft und Entfernung
Wie zu Verwenden
- Wählen Sie Berechnungsmodus: Energieeinheiten-Umwandlung oder Physikalische Berechnung
- Für Energieumwandlung: Geben Sie Wert ein, wählen Sie Von-/Zu-Einheiten und berechnen
- Für physikalische Berechnung: Geben Sie Kraft (Newton) und Entfernung (Meter) ein
- Sehen Sie Ergebnisse mit Umwandlungsformeln und allen Energieeinheiten-Äquivalenten
- Verwenden Sie die Neuberechnen-Schaltfläche für neue Berechnungen
Was ist ein Joule?
Ein Joule (J) ist die SI-Einheit für Energie, Arbeit und Wärme. Es ist definiert als die Menge an Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von einem Newton über eine Entfernung von einem Meter angewendet wird. Das Joule ist nach James Prescott Joule benannt, einem britischen Physiker, der die Beziehung zwischen Wärme und mechanischer Arbeit untersuchte.
Das Joule ist eine fundamentale Einheit in Physik und Ingenieurwesen, die zur Messung von Energie in all ihren Formen verwendet wird: kinetische, potentielle, thermische, elektrische und chemische Energie.
Häufige Energieeinheiten
| Einheit | Symbol | Joule-Äquivalent | Häufige Verwendung |
|---|---|---|---|
| Joule | J | 1 J | SI-Basiseinheit, Physik |
| Kalorie | cal | 4.184 J | Nahrungsenergie, Chemie |
| Kilokalorie | kcal | 4,184 J | Nahrungsenergie (Kalorie) |
| Wattstunde | Wh | 3,600 J | Elektrische Energie |
| Kilowattstunde | kWh | 3,600,000 J | Stromrechnungen |
| Britische Wärmeeinheit | BTU | 1,055.06 J | Heizung/Kühlung |
| Elektronenvolt | eV | 1.602×10⁻¹⁹ J | Atomphysik |
| Fuß-Pfund | ft·lb | 1.356 J | Mechanische Arbeit |
Arbeit und Energie in der Physik
In der Physik ist Arbeit definiert als der Energietransfer, der auftritt, wenn eine Kraft auf ein Objekt angewendet wird und das Objekt sich in Richtung der Kraft bewegt. Der Arbeit-Energie-Satz besagt, dass die an einem Objekt verrichtete Arbeit gleich der Änderung seiner kinetischen Energie ist.
Die Grundformel für Arbeit ist: W = F × d × cos(θ), wobei W Arbeit, F Kraft, d Entfernung und θ der Winkel zwischen Kraft- und Verschiebungsvektoren ist. Wenn Kraft und Verschiebung in die gleiche Richtung zeigen, vereinfacht sich dies zu W = F × d.
Energieumwandlungsbeispiele
- 1 kWh = 3,600,000 J (typischer Haushaltsenergieverbrauch)
- 1 Nahrungskalorie = 4,184 J (Energie in Nahrung)
- 1 BTU = 1,055.06 J (Heiz-/Kühlenergie)
- 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J (atomare Energieniveaus)
- 1 ft·lb = 1.356 J (mechanische Arbeit)
Praktische Anwendungen
- Elektrische Energie: kWh für Stromrechnungen, Wh für Batterien
- Nahrungsenergie: Kalorien für Nährwertkennzeichnungen und Diätplanung
- Heizung/Kühlung: BTU für HVAC-Systeme und Geräte
- Physikexperimente: Joule für Arbeits- und Energiemessungen
- Maschinenbau: Fuß-Pfund für Drehmoment und Arbeit
- Atomphysik: Elektronenvolt für Teilchenenergien
Häufig gestellte Fragen
- Was ist der Unterschied zwischen einer Kalorie und einer Kilokalorie?
- Eine Kalorie (cal) ist eine kleine Energieeinheit gleich 4.184 Joule. Eine Kilokalorie (kcal) sind 1,000 Kalorien und wird oft "Kalorie" (großes K) auf Lebensmitteletiketten genannt. Also 1 kcal = 1 Kalorie = 4,184 J.
- Wie wandle ich zwischen elektrischen Energieeinheiten um?
- Elektrische Energie wird üblicherweise in Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen. 1 kWh = 1,000 Wh = 3,600,000 J. Um von kWh zu Joule umzuwandeln, multiplizieren Sie mit 3,600,000. Um von Joule zu kWh umzuwandeln, dividieren Sie durch 3,600,000.
- Was ist Arbeit in der Physik und wie wird sie berechnet?
- Arbeit ist der Energietransfer, wenn eine Kraft eine Verschiebung verursacht. Die Grundformel ist W = F × d, wobei W Arbeit in Joule, F Kraft in Newton und d Entfernung in Metern ist. Arbeit ist positiv, wenn Kraft und Verschiebung in die gleiche Richtung zeigen.
- Warum werden Elektronenvolt in der Atomphysik verwendet?
- Elektronenvolt (eV) sind praktisch für Atom- und Teilchenphysik, weil sie viel kleiner als Joule sind (1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J). Das macht es einfacher, mit den winzigen Energien zu arbeiten, die bei atomaren Prozessen, chemischen Bindungen und Teilchenwechselwirkungen beteiligt sind.
- Wie genau sind diese Energieumwandlungen?
- Die Umwandlungen verwenden Standard-Umwandlungsfaktoren, die für die meisten praktischen Zwecke genau sind. Einige Umwandlungen (wie Kalorien) können jedoch je nach spezifischer verwendeter Definition leichte Variationen haben. Für präzise wissenschaftliche Arbeit überprüfen Sie immer die genauen Umwandlungsfaktoren für Ihre spezifische Anwendung.