| Referenz | Joule (J) | Mikrojoule (µJ) |
|---|---|---|
| One food calorie (kcal) | 4184 J | 4.184 × 109 µJ |
| An AA alkaline battery | 10000 J | 1 × 1010 µJ |
| Daily adult food intake | 8368000 J | 8.368 × 1012 µJ |
| One unit on an electricity bill | 3600000 J | 3.6 × 1012 µJ |
| A lightning strike | 1 × 109 J | 1 × 1015 µJ |
Das Joule ist die SI-Einheit für Energie, Arbeit und Wärme. Sein Zeichen ist J. Ein Joule ist die Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von einem Newton ihren Angriffspunkt um einen Meter verschiebt, und ebenso die Energie, die abgegeben wird, wenn ein Watt Leistung eine Sekunde lang fließt.
Diese Gleichwertigkeit ist der Grund für die Einheit. Vor dem neunzehnten Jahrhundert galten Wärme und mechanische Arbeit als verschiedene Dinge, gemessen in verschiedenen Einheiten, Wärme in Kalorien und Arbeit in Fußpfund. James Prescott Joule wies über Jahre nach, dass eine feste Menge mechanischer Arbeit stets dieselbe Wärmemenge erzeugt, am bekanntesten, indem er Wasser mit einem von fallenden Gewichten getriebenen Schaufelrad rührte und den Temperaturanstieg maß. Diesen Umrechnungskurs festzulegen, das mechanische Wärmeäquivalent, vereinte Mechanik und Thermodynamik zu einem einzigen Fach.
Weil es über die Basiseinheiten definiert ist, verbindet das Joule alles. Es ist ein Newtonmeter, eine Wattsekunde, ein Coulombvolt und ein Kilogramm Meter zum Quadrat je Sekunde zum Quadrat, und jede dieser Formen begegnet im Gebrauch, je nachdem welcher Zweig der Physik spricht. Elektrische, mechanische, thermische und chemische Energie werden alle in derselben Einheit gezählt, was eine Energiebilanz über ein ganzes System überhaupt erst möglich macht.
Der Maßstab ist auf nützliche Weise menschengroß. Einen Apfel einen Meter zu heben kostet etwa ein Joule. Ein Herzschlag verbraucht ungefähr ein Joule. Ein vom Schreibtisch fallendes Lehrbuch setzt rund zehn frei. Darunter wird das Joule unhandlich und die Einheiten mit Vorsatz übernehmen; darüber tun Kilojoule und Megajoule dasselbe.
Die Energie von Lebensmitteln wird eigentlich in Joule gemessen, und Etiketten in Australien, Neuseeland und der Europäischen Union geben Kilojoule neben oder anstelle von Kalorien an. Die Kalorie überlebt im allgemeinen Gebrauch vor allem aus Gewohnheit, und die Umrechnung, eine Kalorie gleich 4,184 Joule, ist per Definition festgelegt und nicht gemessen.
Ernährung, Ballistik, Batteriekapazität, Laserleistung, Sprengkraft und die von einem Erdbeben freigesetzte Energie werden allesamt in Joule oder seinen Vielfachen angegeben, was den unmittelbaren Vergleich von Größen aus völlig verschiedenen Bereichen erlaubt.
Ein Joule entspricht einem Newtonmeter, einer Wattsekunde, etwa 0,239 Kalorien oder rund 0,000278 Wattstunden.
Das Mikrojoule ist eine Energieeinheit und entspricht einem Millionstel Joule, also 0,000001 Joule. Sein Zeichen ist µJ. Es ist der Maßstab kleiner Lebewesen, kurzer Laserimpulse und jener Elektrizität, die ein Messfühler beim Aufwachen verbraucht, und es ist die kleinste Energieeinheit, die noch Vorgänge beschreibt, die ein Mensch ohne Hilfsmittel bemerken kann.
Hier leben die Insekten. Ein Floh von einem halben Milligramm, der zwanzig Zentimeter springt, wendet etwa ein Mikrojoule auf, und eine Mücke im waagerechten Flug trägt gut ein Viertel davon. Ein Gramm um einen zehntel Millimeter zu heben kostet dasselbe. Solche Größen machen die Einheit anschaulich: grundsätzlich nicht unsichtbar, bloß zu klein, um zu zählen, sofern sie nicht millionenfach in der Sekunde wiederholt werden.
Der Zündschutz ist in diesem Bereich geschrieben, und die Zahlen entscheiden, wie ein Betriebsmittel gebaut werden darf. Die Mindestenergie, die ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft entzündet, liegt bei etwa 17 Mikrojoule; für die meisten Kohlenwasserstoffdämpfe sind es einige hundert. Eigensichere Geräte für Raffinerien, Getreidespeicher und Bergwerke werden dadurch bescheinigt, dass kein Fehler mehr freisetzen kann, als das Gemisch verlangt, weshalb Schaltungen für explosionsgefährdete Bereiche in Mikrojoule und nicht in Volt geprüft werden.
Geräte mit gepulstem Licht werden fast durchweg in Mikrojoule angegeben. Ein Fahrzeuglidar sendet Impulse von wenigen Mikrojoule viele tausend Mal in der Sekunde, Anlagen zur Laserbeschriftung nutzen Dutzende bis Hunderte, und Femtosekundenverstärker für die Mikrobearbeitung besetzen das obere Ende. Die Energie je Impuls bestimmt, was der Strahl schneiden, abbilden oder gefahrlos beleuchten kann, und die mittlere Leistung allein beantwortet diese Frage nicht.
Die Elektronik mit kleinem Verbrauch rechnet mit denselben Größen. Eine passive Marke zur Funkerkennung erntet einige Mikrojoule aus dem Feld des Lesegeräts und muss ihren gesamten Austausch darin abwickeln. Eine Funkmeldung mit kurzer Reichweite kostet Dutzende Mikrojoule, das Werk einer Quarzuhr etwa eines je Sekunde, und ein Temperaturfühler, der aufwacht, misst und wieder einschläft, kommt womöglich mit weniger als zehn aus. Die Laufzeit solcher Geräte ist eine in Mikrojoule geführte Rechnung.
Darüber übernimmt das Millijoule, und die Wirkungen werden mechanisch: ein Funke, den man spürt, ein Klicken, das man hört, ein kleiner Gegenstand, der fällt. Darunter übernimmt das Nanojoule, und die Wirkungen werden optisch und elektronisch. Das Mikrojoule besetzt das schmale Band dazwischen, und deshalb treffen sich hier so viele Fächer, die sonst nichts miteinander teilen.
Ein Mikrojoule entspricht 0,000001 Joule, etwa 6,24 × 10¹² Elektronenvolt oder rund 2,78 × 10⁻¹⁰ Wattstunden.