| 基準 | ジュール (J) | ミリジュール (mJ) |
|---|---|---|
| One food calorie (kcal) | 4184 J | 4184000 mJ |
| An AA alkaline battery | 10000 J | 10000000 mJ |
| Daily adult food intake | 8368000 J | 8.368 × 109 mJ |
| One unit on an electricity bill | 3600000 J | 3.6 × 109 mJ |
| A lightning strike | 1 × 109 J | 1 × 1012 mJ |
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。
ミリジュール は、1 ジュール の 1000 分の 1、すなわち 0.001 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は mJ です。ジュール から下りていくとき、人の体が起きていることを感じ取れなくなる最初の単位であり、そのために、わずかなエネルギーを意図して正確に放たねばならない場面のいたるところに現れます。
日常の力学はここに難なく届きます。1 グラム の 紙ばさみ を 1 メートル の高さから落とすと、およそ 10 ミリジュール で床に着きます。鍵盤を 1 つ押すのに 2、3 ミリジュール、紙を 1 枚めくるのはそれよりずっと少なく、乾いた日に 取っ手 から飛ぶ火花は 1 から 10 ミリジュール を運びます。この最後の数値がおおよそ感覚の敷居にあたり、だからこそ ミリジュール は、人が言われなくても日ごろ気づく最小のエネルギーなのです。
防爆はここに書かれています。空気中の メタン の最小着火エネルギーは およそ 0.28 ミリジュール、プロパン は およそ 0.25 ミリジュール、いっぽう小麦粉や砂糖や金属粉の浮遊する雲は数十 ミリジュール を要します。危険場所の規格は、回路が蓄えてよいエネルギーをこれらの数値に照らして定めます。本質安全という仕組み全体が、電圧計の表示ではなく、この桁の量のうえに立っているのです。
医療用と産業用の レーザー は、1 パルス あたりの ミリジュール で格付けされます。入れ墨の除去や結石の破砕に使う Q スイッチ レーザー は、数 ナノ秒 のあいだに数百 ミリジュール を送り出します。その極端な短さこそが、ささやかなエネルギーを メガワット 級の 尖頭 出力に変えるのです。眼科の後嚢切開は数 ミリジュール を使い、皮膚科の機器も同じ単位で加減されます。組織への効きめを決めるのは 1 回の施術ではなく 1 パルス あたりの量だからです。
小さな電気量と音の量もここに落ち着きます。1 ミリワット の レーザーポインター は毎秒 1 ミリジュール を放ちます。大きな声で話す人は毎秒およそ 1 ミリジュール の音を放射し、火災警報器の鳴動部はその数倍を出します。1 マイクロファラド の コンデンサー を 50 ボルト まで充電すると 1.25 ミリジュール を蓄えます。閃光回路や点火装置や カメラ の シャッター に印刷されるのは、この手の数値です。
その上では ジュール が引き継ぎ、効果は目に見えて機械的になります。その下では マイクロジュール が引き継ぎ、効果は目に見えなくなります。つまり ミリジュール は知覚の実際的な境目であり、安全上の限度、感度の敷居、線量の指定が、さらに下へ行かず小数第 3 位で止まることが多いのは、そのためです。
1 ミリジュール は、0.001 ジュール、およそ 0.000239 カロリー、およそ 0.000000278 ワット時 に等しくなります。