ジュールからメガジュールへの換算

ジュール（J）について

ジュールは、SI におけるエネルギー、仕事、熱の単位です。記号は J です。1 ジュール は、1 ニュートン の力がその作用点を 1 メートル 動かすときになされる仕事であり、同時に、1 ワット の仕事率が 1 秒間流れるときに費やされるエネルギーでもあります。

この同等性こそが、この単位の存在理由です。19 世紀より前、熱と力学的な仕事は別のものとされ、別の単位で測られていました。熱は カロリー、仕事は フィートポンド です。ジェームズ・プレスコット・ジュールは、一定量の力学的な仕事がつねに同じ量の熱を生むことを、何年もかけて示しました。もっともよく知られているのは、落下する重りで回した羽根車で水をかき混ぜ、温度の上昇を測った実験です。この交換比率、すなわち熱の仕事当量を定めたことが、力学と熱力学をひとつの学問へ結び合わせました。

基本単位を通じて定義されているので、ジュール はあらゆるものをつなぎます。ニュートンメートル であり、ワット秒 であり、クーロンボルト であり、キログラム 平方メートル 毎秒毎秒 でもあります。物理学のどの分野が語っているかに応じて、これらの形のどれもが実際に使われます。電気の、力学の、熱の、化学のエネルギーがすべて同じ単位で数えられ、だからこそ系全体にわたるエネルギーの勘定が成り立ちます。

この尺度は、役に立つ意味で人の大きさに合っています。りんごを 1 メートル 持ち上げるのにおよそ 1 ジュール。心臓の 1 拍がおよそ 1 ジュール。机から教科書を落とせばおよそ 10 ジュール が解放されます。それより下では ジュール は扱いにくくなり、接頭語の付いた単位が引き継ぎます。上では キロジュール と メガジュール が同じ役目を果たします。

食品のエネルギーは本来 ジュール で測られ、オーストラリア、ニュージーランド、欧州連合の表示は、カロリー と並べて、あるいはその代わりに キロジュール を示します。一般の用法で カロリー が生き残っているのはおもに習慣によるもので、1 カロリー が 4.184 ジュール という換算は、測定されたものではなく定義によって定められています。

栄養、弾道学、電池の容量、レーザーの出力、爆薬の威力、そして地震が解き放つエネルギーは、いずれも ジュール かその倍量単位で示されます。まったく異なる分野から来た量を、そのまま比べられるようになるのです。

1 ジュール は、1 ニュートンメートル、1 ワット秒、およそ 0.239 カロリー、およそ 0.000278 ワット時 に等しくなります。

メガジュール（MJ）について

メガジュールは、100 万 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は MJ です。エネルギーが実験室のなかの量であることをやめ、目に見える物理的な帰結をもつものに変わる、その尺度にあたります。

いちばん分かりやすい手がかりは走っている車です。1500 キログラム の乗用車が時速 100 キロメートル で走ると、およそ 0.58 メガジュール の運動エネルギーをもちます。衝突すれば、そのすべてがどこかへ行かなければなりません。衝撃を吸収する構造はまさにこの数値をめぐって設計されており、車両の安全基準に書き込まれているのが速度ではなく衝突エネルギーであるのはそのためです。

爆薬もここで格付けされます。ダイナマイト 1 本はおよそ 1 メガジュール、TNT 1 キログラム はおよそ 4.2 メガジュール を解き放ちます。TNT 換算は測定値ではなく定義された値なので、メガジュール は化学爆薬とそれ以外のエネルギー解放とのあいだに橋を架け、隕石の衝突や産業事故を、解体用の装薬と同じ尺度で語れるようにします。

人が 1 日に取り入れるエネルギーはおよそ 10 メガジュール で、これは 2400 キロカロリー を反対側から見た同じ数値です。肉体労働も同じ程度です。安静時の代謝を上回る手仕事の 1 日は数 メガジュール、自転車の長い 1 区間ならおそらく 15 メガジュール ほどを費やします。

燃料の質量あたりのエネルギー密度も、この尺度にあります。ガソリン は 1 キログラム あたりおよそ 46 メガジュール、木材はおよそ 16、現代の リチウム 電池はおよそ 0.9 です。この最後の比較、すなわち 50 倍という差こそが、電気自動車が実現しているのに電気飛行機がなお難しい理由を、たったひとつの数値で説明します。

産業と軍事の装置は、蓄えたエネルギーと放出したエネルギーにこの単位を使います。レールガン や電磁投射装置の性能は砲口での メガジュール で示され、はずみ車による蓄電も メガジュール、核融合実験で大型の コンデンサー 群が放出するエネルギーも同様です。

蓄える 技術 を この単位で比べる こと は ためになります。隔たり が とても 大きい からです。ガソリン 1 キログラム は およそ 46 メガジュール、乾いた 木 1 キログラム は およそ 16、リチウム イオン の 電池 1 キログラム は わずか およそ 0.9 で、燃料 の 五十 分 の 一 ほど しか ありません。この 一つ の 比 が、電気 による 飛行 の 技術 上 の 難しさ の 大半 と、電気 自動車 の 重さ の 多く を説きます。逆 に、ウラン 235 を 1 キログラム 完全 に 分裂 させれば およそ 八千万 メガジュール が出て、物質 1 キログラム を まるごと エネルギー に変えれば 九百億 になります。この単位は、接頭 語 を 数 回 変えるだけ で その 全 域 を覆います。

1 メガジュール は、100 万 ジュール、およそ 0.278 キロワット時、およそ 239 キロカロリー に等しくなります。