줄에서 나노줄(으)로 변환

줄(J)에 대하여

줄은 국제단위계에서 에너지와 일과 열의 단위입니다. 기호는 J 입니다. 1 줄은 1 뉴턴의 힘이 그 작용점을 1 미터 옮길 때 하는 일이며, 동시에 1 와트의 일률이 1 초 동안 흐를 때 쓰이는 에너지이기도 합니다.

이 같음이야말로 이 단위가 있는 까닭입니다. 19 세기 이전에 열과 역학적 일은 서로 다른 것으로 여겨져 다른 단위로 재어졌습니다. 열은 칼로리, 일은 피트파운드였습니다. 제임스 프레스콧 줄은 일정한 양의 역학적 일이 늘 같은 양의 열을 낳는다는 것을 여러 해에 걸쳐 보였습니다. 가장 잘 알려진 것은 떨어지는 추로 돌린 날개바퀴로 물을 저어 온도가 오르는 것을 잰 실험입니다. 이 환율, 곧 열의 일당량을 정한 일이 역학과 열역학을 하나의 학문으로 묶었습니다.

기본 단위를 통해 정의되므로 줄은 모든 것을 잇습니다. 뉴턴미터이고, 와트초이며, 쿨롬볼트이고, 킬로그램 제곱미터 매 초 제곱이기도 합니다. 물리학의 어느 갈래가 말하고 있느냐에 따라 이 꼴들이 저마다 실제로 쓰입니다. 전기의, 역학의, 열의, 화학의 에너지가 모두 같은 단위로 세어지고, 그래서 체계 전체에 걸친 에너지 셈이 비로소 가능해집니다.

이 눈금은 쓸모 있는 뜻에서 사람의 크기에 맞습니다. 사과 하나를 1 미터 들어 올리는 데 약 1 줄이 듭니다. 심장이 한 번 뛰는 데 약 1 줄이 듭니다. 책상에서 교과서를 떨어뜨리면 약 10 줄이 풀려납니다. 그 아래에서는 줄이 다루기 성가셔져 접두어가 붙은 단위가 이어받고, 그 위에서는 킬로줄과 메가줄이 같은 구실을 합니다.

음식의 에너지는 본디 줄로 잽니다. 오스트레일리아와 뉴질랜드와 유럽연합의 표시는 칼로리와 나란히, 또는 그 대신에 킬로줄을 적습니다. 일반의 쓰임에서 칼로리가 살아남은 것은 주로 버릇 때문이며, 1 칼로리가 4.184 줄이라는 환산은 재어진 것이 아니라 정의로 정해진 것입니다.

영양, 탄도학, 전지의 용량, 레이저의 출력, 폭약의 위력, 그리고 지진이 풀어놓는 에너지가 모두 줄이나 그 배수 단위로 적힙니다. 전혀 다른 분야에서 온 양들을 곧바로 견줄 수 있게 되는 것입니다.

1 줄은 1 뉴턴미터, 1 와트초, 약 0.239 칼로리, 약 0.000278 와트시와 같습니다.

나노줄(nJ)에 대하여

나노줄은 1 줄의 10 억분의 1, 곧 0.000000001 줄에 해당하는 에너지 단위입니다. 기호는 nJ 입니다. 역학이 광학과 전자공학에 자리를 내주는 지점을 가리키며, 눈에 보이는 것을 움직이기에는 턱없이 작으면서도 낱낱의 입자가 지니는 에너지에 견주면 대단히 큽니다. 나노줄로 적히는 값은 거의 모두 일상의 경험이 아니라 계측기에서 나옵니다.

이 눈금을 가장 또렷이 보여 주는 것은 빛입니다. 초록빛 광자 하나는 약 3.6 × 10⁻¹⁹ 줄을 나르므로, 1 나노줄은 그런 광자가 약 28 억 개 한꺼번에 닿는 것과 같습니다. 열과 견주면 더 큽니다. 실온에서 분자 하나의 평균 열에너지는 약 4 × 10⁻²¹ 줄이므로, 1 나노줄은 그 약 2400 억 배입니다. 이 단위는 양자의 세계보다 한참 위에, 역학의 세계보다 한참 아래에 놓입니다.

이 단위가 제 몫을 하는 곳은 펄스 레이저입니다. 이광자 현미경의 발진기는 초당 8000 만 번의 펄스로 몇 나노줄씩 내보내며, 평균을 내면 수백 밀리와트의 빔 출력이 됩니다. 광섬유 레이저, 빛간섭 단층촬영 장치, 비행시간 거리계도 같은 방식으로 규격을 적습니다. 시료를 상하게 하거나 쓸 만한 반향을 돌려보내는 것은 1 초에 고르게 편 평균 출력이 아니라 펄스 하나에 담긴 에너지이기 때문입니다.

디지털 전자회로는 아래에서 나노줄에 견주어 측정됩니다. 프로세서 안의 전환 한 번은 펨토줄이 들고 기억 장치 접근 한 번은 몇 피코줄이 드니, 1 나노줄이면 수백 번의 읽기나 수백만 번의 논리 연산을 치를 수 있습니다. 에너지 수확 설계는 그림을 뒤집습니다. 실내용 태양전지, 압전 소자, 고주파 안테나가 모으는 양이 초당 몇 나노줄에 그치기도 하며, 초저전력 설계라는 기예는 온통 그 예산 안에 쓸모 있는 일을 끼워 넣는 데 있습니다.

보통 물체가 이 눈금에 닿는 것은 아주 작거나 거의 움직이지 않을 때뿐입니다. 1 밀리그램짜리 모래알이 0.1 밀리미터 떨어지면 약 1 나노줄이 풀려납니다. 머리카락 한 올을 제 굵기만큼 들어 올리는 데는 그보다 적게 듭니다. 부엌이나 작업장의 무엇도 나노줄로 값을 매기지 않으며, 바로 그래서 이 단위는 청구서와 표시 딱지가 아니라 실험실과 레이저 목록과 규격서의 것입니다.

글로 적을 때 이 접두어는 지수 표기와 겨룹니다. 물리학 논문은 대개 10⁻⁹ J 라 찍고 지나가지만, 계측기 제조사는 nJ 라 적습니다. 규격 한 줄에 들어가고 셈 없이 읽히기 때문입니다. 둘은 같은 양을 말하며, 무엇을 고르느냐는 측정보다 읽을 사람에 대해 더 많이 말해 줍니다. 펄스 에너지가 여러 자릿수에 걸쳐 섞인 표에서는 대개 접두어를 붙인 꼴이 한눈에 견주기 쉽습니다.

1 나노줄은 0.000000001 줄, 약 6.24 × 10⁹ 전자볼트, 약 2.78 × 10⁻¹³ 와트시와 같습니다.