| Referência | Joules (J) | Microjoules (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 |
O joule é a unidade SI de energia, trabalho e calor. O seu símbolo é J. Um joule é o trabalho realizado quando uma força de um newton desloca o seu ponto de aplicação um metro, e igualmente a energia dissipada quando um watt de potência flui durante um segundo.
Essa equivalência é a razão de ser da unidade. Antes do século XIX, o calor e o trabalho mecânico eram tratados como coisas distintas medidas em unidades distintas, o calor em calorias e o trabalho em pés-libra. James Prescott Joule dedicou anos a mostrar que uma quantidade fixa de trabalho mecânico produz sempre a mesma quantidade de calor, sobretudo agitando água com uma roda de pás movida por pesos em queda e medindo a subida de temperatura. Estabelecer essa taxa de câmbio, o equivalente mecânico do calor, uniu a mecânica e a termodinâmica numa só matéria.
Por se definir através das unidades de base, o joule liga tudo. É um newton metro, um watt segundo, um coulomb volt e um quilograma metro quadrado por segundo quadrado, e cada uma dessas formas aparece no uso corrente consoante o ramo da física que estiver a falar. As energias elétrica, mecânica, térmica e química contam-se todas na mesma unidade, o que é o que torna possível a contabilidade energética de um sistema inteiro.
A escala tem um tamanho humano útil. Levantar uma maçã um metro custa cerca de um joule. Um batimento cardíaco consome aproximadamente um joule. Deixar cair um manual de uma secretária liberta uns dez. Abaixo disso os joules tornam-se desajeitados e as unidades com prefixo assumem; acima, os quilojoules e os megajoules fazem o mesmo.
A energia dos alimentos mede-se propriamente em joules, e os rótulos na Austrália, na Nova Zelândia e na União Europeia indicam quilojoules a par das calorias ou em vez delas. A caloria sobrevive no uso geral sobretudo por hábito, e a conversão, uma caloria igual a 4,184 joules, está fixada por definição e não medida.
A nutrição, a balística, a capacidade das baterias, a saída dos lasers, a potência dos explosivos e a energia libertada por um sismo exprimem-se todas em joules ou nos seus múltiplos, o que permite comparar diretamente grandezas vindas de domínios inteiramente diferentes.
Um joule equivale a um newton metro, a um watt segundo, a cerca de 0,239 calorias ou a cerca de 0,000278 watt-horas.
O microjoule é uma unidade de energia igual a um milionésimo de joule, ou seja, 0,000001 joules. O seu símbolo é µJ. É a escala dos pequenos seres vivos, dos impulsos laser breves e da eletricidade que um sensor gasta ao acordar, e é a menor unidade de energia que ainda descreve acontecimentos que uma pessoa pode notar sem instrumentos.
É aqui que vivem os insetos. Uma pulga de meio miligrama que salta vinte centímetros gasta cerca de um microjoule, e um mosquito em voo horizontal transporta perto de um quarto. Levantar um grama um décimo de milímetro custa o mesmo. São estas quantidades que tornam a unidade intuitiva: não invisíveis em princípio, apenas pequenas de mais para contarem, a não ser que algo as repita milhões de vezes por segundo.
A segurança contra a ignição escreve-se neste intervalo, e os números decidem como um equipamento pode ser construído. A energia mínima que inflama uma mistura de hidrogénio e ar ronda os 17 microjoules; para a maioria dos vapores de hidrocarbonetos são algumas centenas. Os aparelhos de segurança intrínseca para refinarias, silos e minas certificam-se demonstrando que nenhuma avaria pode libertar mais do que a mistura exige, e é por isso que os circuitos destinados a zonas perigosas são auditados em microjoules e não em volts.
Os instrumentos de luz pulsada especificam-se em microjoules quase sem exceção. Um lidar de veículo dispara impulsos de alguns microjoules muitos milhares de vezes por segundo, os sistemas de marcação laser usam dezenas ou centenas, e os amplificadores de femtossegundo destinados à micromaquinagem ocupam o topo do intervalo. A energia por impulso fixa o que o feixe pode cortar, obter em imagem ou iluminar sem risco, e a potência média por si só não responde a essa pergunta.
A eletrónica de baixo consumo faz as contas nos mesmos termos. Uma etiqueta passiva de identificação por radiofrequência colhe alguns microjoules do campo do leitor e tem de completar toda a troca dentro disso. Um anúncio de rádio de curto alcance custa dezenas de microjoules, o movimento de um relógio de quartzo cerca de um por segundo, e um sensor de temperatura que acorda, mede e volta a dormir pode gastar menos de dez. A autonomia destes aparelhos é aritmética feita em microjoules.
Acima toma o lugar o milijoule e os efeitos tornam-se mecânicos: uma faísca que se sente, um estalido que se ouve, um objeto pequeno que cai. Abaixo toma o lugar o nanojoule e os efeitos tornam-se óticos e eletrónicos. O microjoule ocupa a faixa estreita do meio, e é por isso que tantas disciplinas que de resto nada partilham convergem no mesmo prefixo.
Um microjoule equivale a 0,000001 joules, a cerca de 6,24 × 10¹² eletrão-volts ou a cerca de 2,78 × 10⁻¹⁰ watt-horas.