エネルギーの単位
エネルギーは、その多様な形態と定義法により、様々な単位で表されます。これらの単位は、物理学、化学、工学など、異なる分野で利用され、それぞれの文脈において重要な役割を果たしています。
エネルギーは、仕事によって定義されることがあります。国際単位系（SI）では、エネルギーの単位としてジュール（J）が用いられ、これは「1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」と定義されます。ジュールは、SI基本単位から以下のように組み立てられます。
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}}
仕事による定義に基づくエネルギーの単位としては、以下のようなものが挙げられます。
エルグ（erg）: CGS単位系におけるエネルギーの単位で、1エルグは10⁻⁷ジュールに相当します。1ダインの力がその力の方向に物体を1センチメートル動かすときの仕事として定義されます。
重量キログラムメートル（kgf·m）: MKS重力単位系におけるエネルギーの単位で、1重量キログラムメートルは9.80665ジュールに相当します。
フィート・パウンダル（ft·pdl）: FPS単位系におけるエネルギーの単位で、1フィート・パウンダルは0.0421401100938048ジュールに相当します。
フィート重量ポンド（ft·lbf）: FPS重力単位系におけるエネルギーの単位で、1フィート重量ポンドは1.3558179483314004ジュールに相当します。
仕事率は単位時間あたりの仕事量として定義されます。したがって、仕事率に時間を掛けることで、エネルギーを求めることができます。この考え方に基づいたエネルギーの単位として、キロワット時（kWh）がよく用いられます。キロワット時は、「1時間あたり1キロワットの仕事率の仕事」と定義されます。
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、以下のものがあります。
キロワット時（kWh）: 1キロワット時は3.6メガジュール（MJ）に相当します。
ワット秒（W·s）: SI組立単位の一つで、1ワット秒は1ジュールに相当します。
馬力時（hp·h）: 米国慣用単位におけるエネルギーの単位で、1馬力時は約2.6845メガジュールに相当します。
熱量もエネルギーの一形態であり、その単位は仕事の単位と同じくジュール（J）またはワット秒（W·s）です。計量法では、非SI単位であるワット時（Wh）の使用も認められています。
非SI単位としては、カロリー（cal）がかつて広く用いられていましたが、現在ではできるだけ使用を避け、使用する場合にはジュール（J）の値を併記することが推奨されています。カロリーは、「1グラムの水の温度を1度上げるのに必要な熱量」として定義されます。計量法では、カロリーは栄養学などの限定された分野でのみ使用が許可されています。
日本における特殊な用途に使用される熱量の計量単位としては、以下のようなものがあります。
カロリー（cal）: 1カロリーは正確に4.184ジュールに相当し、人や動物が摂取・消費する熱量の計量に限定して使用されます。
英熱量（Btu）: 1英熱量は正確に1055.06ジュールに相当し、主に航空関係や輸入品の一部で使用されます。1ポンドの水の温度を1華氏度上げるのに必要な熱量として定義されます。
核物理学、素粒子物理学、高エネルギー物理学の分野では、エネルギーの単位として電子ボルト（eV）が用いられます。電子ボルトは、「電子が真空中で1ボルトの電位差を通過することで得る運動エネルギー」と定義され、その値は正確に1.602176634×10⁻¹⁹ジュールです。電子ボルトは計量法上は非法定計量単位であり、取引や証明における使用は禁止されています。
原子単位系では、ハートリー（hatree）やリュードベリ（rydberg）といった単位も計算でよく用いられます。
分光学では、エネルギーレベルが波数（cm⁻¹）の単位で計測されます。波数自体はエネルギーの単位ではありませんが、以下の関係式からエネルギーと比例関係にあります。
math
E=h
u =hc/\lambda
ここで、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、λは波長を表します。波数とエネルギーの比例係数は約2×10⁻²³ J·cmです。
特定の質量の燃料を燃焼させた際に得られるエネルギーを単位とするものもあります。以下のような例があります。
石油換算トン（toe）: 1トンの原油を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約42ギガジュール（GJ）に相当します。
石油換算バレル（BOE）: 1バレルの原油を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約6ギガジュール（GJ）に相当します。
石炭換算トン: 1トンの石炭を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約29.31ギガジュール（GJ）に相当します。
ガソリン換算ガロン: 1ガロンのガソリンを燃焼させた際に得られるエネルギーで、約120メガジュール（MJ）に相当します。
サーム: 10万英熱量（約105.5MJ）に相当し、100立方フィートの天然ガスを燃焼させた際に得られるエネルギーとほぼ等しいとされます。
爆発や核爆発によって放出されるエネルギーを測定する際に、TNT換算が用いられます。1グラムのトリニトロトルエン（TNT）が爆発によって放出するエネルギーは980〜1100カロリーであり、計算を簡単にするため、TNT換算グラムは1000カロリー、TNT換算トンは10⁹カロリーと定義されています。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4.184×10⁹ジュールとしています。
このように、エネルギーの単位は多岐にわたり、それぞれが異なる定義と用途を持っています。これらの単位を理解することで、エネルギーに関する様々な現象や概念をより深く理解することができます。
仕事による定義
エネルギーは、仕事によって定義されることがあります。国際単位系（SI）では、エネルギーの単位としてジュール（J）が用いられ、これは「1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」と定義されます。ジュールは、SI基本単位から以下のように組み立てられます。
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}}
仕事による定義に基づくエネルギーの単位としては、以下のようなものが挙げられます。
エルグ（erg）: CGS単位系におけるエネルギーの単位で、1エルグは10⁻⁷ジュールに相当します。1ダインの力がその力の方向に物体を1センチメートル動かすときの仕事として定義されます。
重量キログラムメートル（kgf·m）: MKS重力単位系におけるエネルギーの単位で、1重量キログラムメートルは9.80665ジュールに相当します。
フィート・パウンダル（ft·pdl）: FPS単位系におけるエネルギーの単位で、1フィート・パウンダルは0.0421401100938048ジュールに相当します。
フィート重量ポンド（ft·lbf）: FPS重力単位系におけるエネルギーの単位で、1フィート重量ポンドは1.3558179483314004ジュールに相当します。
仕事率による定義
仕事率は単位時間あたりの仕事量として定義されます。したがって、仕事率に時間を掛けることで、エネルギーを求めることができます。この考え方に基づいたエネルギーの単位として、キロワット時（kWh）がよく用いられます。キロワット時は、「1時間あたり1キロワットの仕事率の仕事」と定義されます。
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、以下のものがあります。
キロワット時（kWh）: 1キロワット時は3.6メガジュール（MJ）に相当します。
ワット秒（W·s）: SI組立単位の一つで、1ワット秒は1ジュールに相当します。
馬力時（hp·h）: 米国慣用単位におけるエネルギーの単位で、1馬力時は約2.6845メガジュールに相当します。
熱量による定義
熱量もエネルギーの一形態であり、その単位は仕事の単位と同じくジュール（J）またはワット秒（W·s）です。計量法では、非SI単位であるワット時（Wh）の使用も認められています。
非SI単位としては、カロリー（cal）がかつて広く用いられていましたが、現在ではできるだけ使用を避け、使用する場合にはジュール（J）の値を併記することが推奨されています。カロリーは、「1グラムの水の温度を1度上げるのに必要な熱量」として定義されます。計量法では、カロリーは栄養学などの限定された分野でのみ使用が許可されています。
日本における特殊な用途に使用される熱量の計量単位としては、以下のようなものがあります。
カロリー（cal）: 1カロリーは正確に4.184ジュールに相当し、人や動物が摂取・消費する熱量の計量に限定して使用されます。
英熱量（Btu）: 1英熱量は正確に1055.06ジュールに相当し、主に航空関係や輸入品の一部で使用されます。1ポンドの水の温度を1華氏度上げるのに必要な熱量として定義されます。
核物理学におけるエネルギーの単位
核物理学、素粒子物理学、高エネルギー物理学の分野では、エネルギーの単位として電子ボルト（eV）が用いられます。電子ボルトは、「電子が真空中で1ボルトの電位差を通過することで得る運動エネルギー」と定義され、その値は正確に1.602176634×10⁻¹⁹ジュールです。電子ボルトは計量法上は非法定計量単位であり、取引や証明における使用は禁止されています。
原子単位系では、ハートリー（hatree）やリュードベリ（rydberg）といった単位も計算でよく用いられます。
分光学におけるエネルギーの単位
分光学では、エネルギーレベルが波数（cm⁻¹）の単位で計測されます。波数自体はエネルギーの単位ではありませんが、以下の関係式からエネルギーと比例関係にあります。
math
E=h
u =hc/\lambda
ここで、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、λは波長を表します。波数とエネルギーの比例係数は約2×10⁻²³ J·cmです。
燃料による定義
特定の質量の燃料を燃焼させた際に得られるエネルギーを単位とするものもあります。以下のような例があります。
石油換算トン（toe）: 1トンの原油を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約42ギガジュール（GJ）に相当します。
石油換算バレル（BOE）: 1バレルの原油を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約6ギガジュール（GJ）に相当します。
石炭換算トン: 1トンの石炭を燃焼させた際に得られるエネルギーで、約29.31ギガジュール（GJ）に相当します。
ガソリン換算ガロン: 1ガロンのガソリンを燃焼させた際に得られるエネルギーで、約120メガジュール（MJ）に相当します。
サーム: 10万英熱量（約105.5MJ）に相当し、100立方フィートの天然ガスを燃焼させた際に得られるエネルギーとほぼ等しいとされます。
爆発力による定義
爆発や核爆発によって放出されるエネルギーを測定する際に、TNT換算が用いられます。1グラムのトリニトロトルエン（TNT）が爆発によって放出するエネルギーは980〜1100カロリーであり、計算を簡単にするため、TNT換算グラムは1000カロリー、TNT換算トンは10⁹カロリーと定義されています。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4.184×10⁹ジュールとしています。
このように、エネルギーの単位は多岐にわたり、それぞれが異なる定義と用途を持っています。これらの単位を理解することで、エネルギーに関する様々な現象や概念をより深く理解することができます。
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