エネルギーの単位のソースを表示

'''エネルギーの単位'''（エネルギーのたんい、{{lang-en-short|units of energy}}）には、様々なものがある。それは、[[エネルギー]]が多様な形態を取ることができ、それにより多数のエネルギーの定義法があるためである。

== 仕事による定義 ==
[[エネルギー]]は、等価の[[仕事 (物理学)|仕事]]により定義できる。[[国際単位系]](SI)におけるエネルギーの単位である[[ジュール]](J)は、「1[[ニュートン (単位)|ニュートン]](N)の力がその力の方向に物体を1[[メートル]](m)動かすときの仕事」と定義されており、力の単位と長さの単位から組み立てられている。[[SI基本単位]]からは以下のように組み立てられる。

:<math>1\ \mathrm{J} = 1\ \mathrm{kg} \left( \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \right ) ^ 2 = 1\ \frac{\mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2}</math>

仕事により定義された（力と長さの単位から組み立てられた）エネルギーの単位には、他に以下のものがある。
* [[CGS単位系]]の[[エルグ]](erg) = 10<sup>−7</sup> J（1[[ダイン]](dyn)の力がその力の方向に物体を1[[センチメートル]](cm)動かすときの仕事）
* MKS[[重力単位系]]の[[重量キログラムメートル]](kgf·m) = {{val|9.80665|u=J}}
* [[FPS単位系]]の[[フィート・パウンダル]](ft·pdl) = {{val|0.0421401100938048|u=J}}
* FPS重力単位系の[[フィート重量ポンド]](ft·lbf) = {{val|1.3558179483314004|u=J}}

== 仕事率による定義 ==
[[仕事率]]は単位時間あたりの仕事なので、逆に仕事率に時間を掛ければ仕事が求められる。[[電力量]]の計量によく用いられる[[キロワット時]](kW･hまたはkWh<ref group="注釈">記号は、仕事と熱量については kW･h であり、電力量については kWh である。[[単位記号]]のkW･h と kWh との違いについては、[[キロワット時#単位記号]]を参照のこと。</ref>)は、「1[[時間 (単位)|時間]](h)あたり1[[キロワット]](kW)の仕事率の仕事」と定義される。

仕事率と時間の単位から組み立てられたエネルギーの単位には、以下のものがある。
* [[キロワット時]](kW･h または kWh) = 3.6&nbsp;MJ
* [[SI組立単位]]の[[ワット秒]](W･s または Ws) = 1&nbsp;J
* [[米国慣用単位]]の馬力時(hp·h) ≈ 2.6845&nbsp;MJ

== 熱量による定義 ==
[[熱量]]もエネルギーと等価である。熱量の[[SI単位]]は、仕事の単位と同じ「[[ジュール]]」または「[[ワット秒]]」である<ref>[https://laws.e-gov.go.jp/law/404AC0000000051&keyword=%E8%A8%88%E9%87%8F%E6%B3%95 計量法] 別表第1、熱量の欄</ref>。計量法は[[非SI単位]]の「ワット時」の使用を認めている。

これ以外に、[[非SI単位]]として「[[カロリー]]」があり、かつては広く用いられたが、現在では、できるだけ使用せず、もし使用する場合にはジュール(J)の値を併記することになっている。国際単位系(SI)においては、カロリーは[[SI併用単位]]にも位置づけられていない。[[計量法]]においても、カロリーは[[栄養学]]の分野などの特殊の用途にのみ用いることができる単位（[[計量法#用途を限定する非SI単位]]）にすぎない。カロリーの由来は「1[[グラム]]の水の温度を1[[セルシウス度|度]]上げるのに必要な熱量」であった。

日本の計量法における特殊の用途に用いる熱量の[[計量単位]]には、以下のものがあるが、それぞれ、使用の範囲が限定されている。
* [[カロリー]](cal) = （正確に）4.184&nbsp;J
** カロリーは「人若しくは動物が摂取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」に限って使用できる。
* [[英熱量]](Btu) = （正確に）1055.06&nbsp;J  （由来は、質量1[[ポンド (質量)|ポンド]]の水の温度を 1[[カ氏度]]上げるのに必要な熱量）
** 英熱量は、航空関係での使用と、[[ヤード・ポンド法]]単位表記と[[法定計量単位]]表記とが併記されている輸入品の一部にのみ使用できる（[[ヤード・ポンド法#日本における使用]]）。

==核物理学==
[[核物理学]]・[[素粒子物理学]]・[[高エネルギー物理学]]においては、エネルギーの単位として[[電子ボルト]](eV)が使われる。電子ボルトは「[[電子]]が真空中で1[[ボルト (単位)|ボルト]]の電位差を通過することによって得る運動エネルギーである。<ref>[https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/SI_9th/pdf/SI_9th_%E6%97%A5%E6%9C%AC%E8%AA%9E%E7%89%88_r.pdf 国際単位系（SI）第9版（2019）日本語版] p.115 表8 注(g)、[[産業技術総合研究所]]、計量標準総合センター、2020年4月</ref>」と定義されており、その値は正確に{{Val|1.602176634|e=-19|u=J}}である。電子ボルトは[[計量法]]上は[[法定計量単位#規制|非法定計量単位]]であり、[[計量法#取引、証明とは|取引・証明]]における使用は禁止されている。

[[原子単位系]]の[[ハートリー]](hatree)や[[原子単位系#リュードベリ原子単位系|リュードベリ]](rydberg)も、計算においてよく用いられる。

==分光学==
[[分光学]]では、エネルギーレベルが[[波数]]の単位である[[毎センチメートル]](cm<sup>−1</sup>)で計測される。毎センチメートルは厳密にはエネルギーの単位ではないが、<math> E = h \nu = h c/\lambda </math>（''E''はエネルギー、''h''は[[プランク定数]]、νは光の[[周波数]]、''c''は[[光速度]]、λは[[波長]]）の関係式から波数とエネルギーは比例関係にあり、その比例係数は<math>\ hc\sim 2\cdot 10^{-23}\ \mathrm{J}\ \mathrm{cm}</math>である<ref name=nist_recip_cm>{{cite web|url=http://cccbdb.nist.gov/wavenumber.asp |title=CCCBDB What's a cm-1? |publisher=Cccbdb.nist.gov |date= |accessdate=2013-11-13}}</ref>。

== 燃料による定義 ==
特定の質量の燃料を燃焼させた時に得られるエネルギーを単位とする。以下のような単位がある。
* [[石油換算トン]](toe) - 1[[トン]]の[[原油]]を燃焼させたときに得られるエネルギー。約&nbsp;42&nbsp;GJ
* [[石油換算バレル]](BOE) - 1[[バレル]]の原油を燃焼させたときに得られるエネルギー。約&nbsp;6&nbsp;GJ
* 石炭換算トン - 1トンの石炭を燃焼させたときに得られるエネルギー。約&nbsp;29.31&nbsp;GJ
* {{仮リンク|ガソリン換算ガロン|en|gasoline gallon equivalent}} - 1[[ガロン]]の[[ガソリン]]を燃焼させたときに得られるエネルギー。約&nbsp;120&nbsp;MJ

100,000英熱量に等しい[[サーム (単位)|サーム]]（約&nbsp;105.5&nbsp;MJ）は、100[[立方フィート]]の[[天然ガス]]を燃焼させたときに得られるエネルギーにほぼ等しい。

==爆発力による定義==
[[爆発]]、[[核爆発]]により放出されるエネルギーや、[[火球]]や[[隕石衝突|隕石の衝突]]によるエネルギーの総量については、[[TNT換算]]がよく用いられる。

1[[グラム]]の[[トリニトロトルエン]](TNT)は、爆発により980 - 1100[[カロリー]]のエネルギーを放出する。計算を簡単にするために、TNT換算グラムは正確に1000カロリーと定義されており、TNT換算トンは10<sup>9</sup>カロリーとなる。上述のようにカロリーには複数の定義があるが、[[アメリカ国立標準技術研究所]](NIST)では熱力学カロリー（1カロリー = 4.184ジュール）を使用して、TNT換算トンを正確に{{val|4.184|e=9|u=ジュール}}としている<ref>[https://www.nist.gov/pml/special-publication-811/nist-guide-si-appendix-b-conversion-factors/nist-guide-si-appendix-b8 NIST Guide for the Use of the International System of Units (SI): Appendix B8—Factors for Units Listed Alphabetically]</ref>。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Notelist}}
=== 出典 ===
{{reflist}}

== 関連項目 ==
{{Portal|エネルギー}}
* [[単位の換算]]
* [[エネルギーの比較]]

{{DEFAULTSORT:えねるきいのたんい}}
[[Category:エネルギーの単位|*]]