Unidades de medida

Unidades de energía

Hartree (símbolo E_h) es la unidad atómica de energía, llamada así por el físico Douglas Hartree.

La energía de Hartree es igual al valor absoluto de la energía potencial eléctrica del átomo de hidrógeno en su estado fundamental. Este valor es exactamente el doble del valor absoluto de la energía de enlace del electrón en el estado fundamental del átomo de hidrógeno, |E₁| (no es exactamente igual a dos veces la energía de ionización debido a la masa finita del protón; véase masa reducida).

${\displaystyle E_{\mathrm {h} }={\hbar ^{2} \over {m_{e}a_{0}^{2}}}=m_{e}c^{2}\alpha ^{2}={\hbar c\alpha \over {a_{0}}}}$

= 4.359 744 17(75)×10⁻¹⁸ J

= 2625.5 kJ/mol

= 27.211 3845(23) eV

= 2 Ry

= 627.509 391 kcal/mol

donde:

${\displaystyle \hbar \ }$ es la constante de Planck reducida,

${\displaystyle m_{e}\ }$ es la masa en reposo del electrón,

${\displaystyle a_{0}\ }$ es el radio de Bohr,

${\displaystyle c\ }$ es la velocidad de la luz en el vacío, y

${\displaystyle \alpha \ }$ es la constante de estructura fina.

julio¹ (en inglés y también en español: joule,² pronunciado /ˈdʒuːl/) es la unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir energía, trabajo y calor. Como unidad de trabajo, el julio se define como la cantidad de trabajo realizado por una fuerza constante de un newton durante un metro de longitud en la mismadirección de la fuerza.

En esta definición, al ser tan específica, no se consideran tipos de resistencia como el roce del aire. Su símbolo esJ, con mayúscula y sin punto, como todos los símbolos de unidades del SI que derivan de nombres de persona.

La unidad julio también se puede definir como:

• el trabajo necesario para mover una carga eléctrica de un culombio a través de una tensión (diferencia de potencial) de un voltio. Es decir, un voltio-columbio (V·C). Esta relación se puede utilizar, a su vez, para definir la unidad voltio.
• el trabajo necesario para producir un vatio de potencia durante un segundo. Es decir, un vatio-segundo (W·s). Esta relación es, además, utilizable para definir el vatio.

Puede utilizarse para medir calor, el cual es energía cinética (movimiento en forma de vibraciones) a escalaatómica y molecular de un cuerpo.

Toma su nombre en honor del físico James Prescott Joule.

Equivalencias

El julio equivale a:

${\displaystyle \mathrm {1\,J=1\,N\cdot m=\left(kg\cdot {\frac {m}{s^{2}}}\right)\cdot m={\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{2}}}} }$

Donde N representa newtons; m, metros; kg: kilogramos; s: segundos.

Un julio equivale a

1 N·m (newton·metro)

1 W·s (vatio·segundo)

6,2415 × 10¹⁸ eV (electronvoltio)

1 C·V (culombio·voltio)

0,00987 atm·L (atmósfera·litro)

1 Pa·m³ (pascal·metro cúbico)

0,238902957 cal (caloría)

Equivalencias inversas

1 Wh (vatio-hora) = 3600 J

1 kWh (kilovatio-hora) = 3,6·10⁶ J

1 cal (caloría) = 4,187 J

1 kcal (kilocaloría) = 1000 cal = 4187 J

1 tep (tonelada equivalente de petróleo) = 41,84·10⁹ J = 11 622 kilovatios-hora

1 tec (tonelada equivalente de carbón) = 29,3·10⁹ J = 8138,9 kilovatios-hora

1 g de TNT = 4184 J ≈ 1 kcal

Equivalencias prácticas aproximadas

Para tener una idea de la magnitud de un julio, existen varios ejemplos en la vida cotidiana que pueden aportar alguna idea de dicha cantidad de energía. Un julio es, aproximadamente, la:³

• Energía necesaria para lanzar una manzana pequeña un metro hacia arriba.
• Energía liberada cuando una manzana pequeña cae un metro hacia el suelo.
• Energía liberada por una persona en reposo en una centésima de segundo.
• Energía cinética (movimiento) de una bola de tenis de 56 gramos a 22 km/h ó 6 m/s.
• Centésima parte de la energía que una persona puede recibir bebiendo una gota de cerveza.
• Energía cinética de un humano adulto que se mueve a una velocidad de alrededor de 20 cm/s.
• Energía necesaria para calentar un gramo de agua a 15 °C (alrededor de 288 kelvin).

Múltiplos del SI

A continuación se presenta una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.

Múltiplos del Sistema Internacional para julio (J)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 J	dJ	decijulio		101 J	daJ	decajulio
10−2 J	cJ	centijulio		102 J	hJ	hectojulio
10−3 J	mJ	milijulio		103 J	kJ	kilojulio
10−6 J	µJ	microjulio		106 J	MJ	megajulio
10−9 J	nJ	nanojulio		109 J	GJ	gigajulio
10−12 J	pJ	picojulio		1012 J	TJ	terajulio
10−15 J	fJ	femtojulio		1015 J	PJ	petajulio
10−18 J	aJ	attojulio		1018 J	EJ	exajulio
10−21 J	zJ	zeptojulio		1021 J	ZJ	zettajulio
10−24 J	yJ	yoctojulio		1024 J	YJ	yottajulio
Los prefijos más comunes de la unidad están en negritas.

Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a James Prescott Joule. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (J), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (julio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.

Basado en The International System of Units, sección 5.2.

Orden de magnitud

El julio es una unidad de energía muy pequeña para la vida corriente. Aproximadamente, un julio es la cantidad de energía necesaria para levantar 1 kg una altura de 10 cm en la superficie terrestre. Una patada de un deportista puede tener una energía de unos 200 J; una bombilla de bajo consumo de 20 W durante 8 horas gasta unos 600 000 J; y el consumo eléctrico de una familia media durante un mes puede ser de 1 000 000 000 J (unos 278 kWh).

 kilojulio por mol, simbolizado como kJ/mol o como kJ·mol^-1, es una unidad derivada del SI correspondiente a energía por cantidad de materia, donde la energía se mide en kilojulios (miles de julios) y la cantidad de materia es medida en moles.

Para convertir las kilocalorías en kilojulios se multiplica por un factor constante: 4,184.

Ejemplo: 1 kilocaloría = 1000 calorías. 1 caloría termoquímica = 4,184 julios. 1 kilocaloría termoquímica = 4,184 kilojulios.

Cantidades físicas medidas en kJ·mol^-1:

• Entalpía de vaporización
• Entalpía de fusión
• Energía de ionización