Nanojoule (nJ)

Das Nanojoule ist eine Energieeinheit und entspricht einem Milliardstel Joule, also 0,000000001 Joule. Sein Zeichen ist nJ. Es markiert die Stelle, an der die Mechanik der Optik und der Elektronik weicht: viel zu wenig, um etwas Sichtbares zu bewegen, und dennoch sehr groß gegenüber der Energie eines einzelnen Teilchens. Fast jede in Nanojoule geschriebene Größe stammt aus einem Messgerät und nicht aus dem Alltag.

Das Licht liefert das deutlichste Bild dieses Maßstabs. Ein Photon grünen Lichts trägt etwa 3,6 × 10⁻¹⁹ Joule, ein Nanojoule entspricht also rund 2,8 Milliarden solcher Photonen, die gemeinsam eintreffen. Gegenüber der Wärme ist es noch größer: Die mittlere thermische Energie eines einzelnen Moleküls bei Raumtemperatur beträgt etwa 4 × 10⁻²¹ Joule, womit ein Nanojoule rund 240 Milliarden Mal darüber liegt. Die Einheit steht damit weit über der Quantenwelt und weit unter der mechanischen.

Gepulste Laser sind der Ort, an dem sie sich bewährt. Der Oszillator eines Zweiphotonenmikroskops liefert Impulse von einigen Nanojoule bei achtzig Millionen Impulsen je Sekunde, was im Mittel einige hundert Milliwatt Strahlleistung ergibt. Faserlaser, Geräte der optischen Kohärenztomografie und Laufzeitentfernungsmesser werden ebenso angegeben, denn was eine Probe schädigt oder ein brauchbares Echo zurückwirft, ist die Energie je Impuls und nicht die über die Sekunde verteilte mittlere Leistung.

Die Digitalelektronik misst sich von unten am Nanojoule. Ein einzelner Schaltvorgang in einem Prozessor kostet Femtojoule, ein Speicherzugriff einige Pikojoule, sodass ein Nanojoule Hunderte von Lesezugriffen oder Millionen logischer Operationen bezahlt. Der Entwurf zur Energiegewinnung kehrt das Bild um: Eine Fotovoltaikzelle für Innenräume, ein piezoelektrischer Abnehmer oder eine Hochfrequenzantenne sammeln mitunter nur wenige Nanojoule je Sekunde, und die gesamte Kunst des Entwurfs mit kleinstem Verbrauch besteht darin, nützliche Arbeit in dieses Budget einzupassen.

Gewöhnliche Gegenstände erreichen diesen Maßstab nur, wenn sie sehr klein sind oder kaum bewegt werden. Ein Sandkorn von einem Milligramm, das einen zehntel Millimeter fällt, gibt ungefähr ein Nanojoule frei. Ein einzelnes Haar um seine eigene Dicke anzuheben kostet noch weniger. Nichts in einer Küche oder einer Werkstatt wird je in Nanojoule beziffert, und genau deshalb gehört die Einheit in Laboratorien, Laserkataloge und Datenblätter, nicht auf Rechnungen und Etiketten.

Im Schriftbild steht das Vorsatzzeichen im Wettbewerb mit der wissenschaftlichen Schreibweise. Physikalische Arbeiten drucken meist 10⁻⁹ J und gehen weiter, während Gerätehersteller nJ schreiben, weil es in eine Spezifikationszeile passt und ohne Rechnung lesbar ist. Beide Formen nennen dieselbe Größe, und die Wahl sagt mehr über die vorgesehene Leserschaft als über die Messung. Mischt eine Tabelle Impulsenergien über mehrere Dekaden, lassen sich die Vorsatzformen meist auf einen Blick besser vergleichen.

Ein Nanojoule entspricht 0,000000001 Joule, etwa 6,24 × 10⁹ Elektronenvolt oder rund 2,78 × 10⁻¹³ Wattstunden.

Umrechnungstabelle für Nanojoule