Conţinut

• A calca
• Metoda 1 din 4: Calculul muncii în jouli
• Metoda 2 din 4: Calcularea energiei cinetice în jouli
• Metoda 3 din 4: Calculul Joule ca energie electrică
• Metoda 4 din 4: Calculul căldurii în jouli
• sfaturi
• Avertizări
• Necesități

Joule (J), numit după fizicianul englez James Edward Joule, este una dintre cele mai importante unități ale Sistemului Metric Internațional. Joulul este folosit ca unitate de lucru, energie și căldură și este utilizat pe scară largă în știință. Dacă doriți ca răspunsul dvs. să fie în juli, folosiți întotdeauna unitățile științifice standard.

A calca

Metoda 1 din 4: Calculul muncii în jouli

1. Definiția muncii. Munca este definită ca o forță constantă aplicată unui obiect pentru a-l deplasa la o anumită distanță. Dacă nu se aplică mai mult de o forță, aceasta poate fi calculată ca putere X distanţă, și poate fi scris în unități de jouli (echivalent cu un "metru Newton"). În primul nostru exemplu, luăm o persoană care dorește să adauge o greutate de la podea la înălțimea pieptului și calculăm cât de mult a lucrat acea persoană.
   • Forța trebuie aplicată în direcția mișcării. Când țineți un obiect și mergeți înainte, nu se lucrează la obiect, deoarece nu împingeți obiectul în direcția mișcării acestuia.
2. Determinați masa obiectului în mișcare. Masa unui obiect este necesară pentru a calcula forța necesară pentru a-l deplasa. În exemplul nostru afirmăm că greutatea are o masă de 10 kg.
   • Nu utilizați kilograme sau alte unități care nu sunt standard sau răspunsul final nu va fi în juli.
3. Calculați forța. Forța = masa x accelerația. În exemplul nostru, ridicând o greutate drept în sus, accelerația pe care încercăm să o depășim este egală cu gravitația, cu 9,8 m / s în jos. Calculați forța necesară pentru ridicarea greutății folosind (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newtoni (N).
   • Dacă obiectul este deplasat orizontal, atunci gravitația este irelevantă. În schimb, problema vă poate determina să calculați forța necesară pentru a depăși rezistența la frecare. Dacă se dă care este accelerația obiectului atunci când este împins, atunci puteți înmulți accelerația dată cu masa.
4. Măsurați distanța de deplasare a obiectului. În acest exemplu, presupunem că greutatea este ridicată cu 1,5 metri (m). Distanța trebuie măsurată în metri, altfel răspunsul final nu poate fi înregistrat în Jouli.
5. Înmulțiți forța cu distanța. Pentru a ridica o greutate de 98 Newton 1,5 metri, va trebui să faceți 98 x 1,5 = 147 Jouli de lucru.
6. Calculați forța de muncă pentru obiectele care se mișcă într-un unghi. Exemplul nostru de mai sus a fost simplu: cineva a aplicat o forță ascendentă asupra obiectului, iar obiectul a crescut. Uneori direcția forței și mișcarea obiectului nu sunt la fel, deoarece forțe multiple acționează asupra obiectului. În exemplul următor vom calcula câți Jouli este nevoie pentru a trage o sanie de 25 de metri prin zăpadă trăgând o frânghie atașată la sanie la un unghi de 30 ° față de orizontală. Urmează următoarele: lucru = forță x cos (θ) x distanță. „Simbolul” este litera greacă „theta” și reprezintă unghiul dintre direcția forței și direcția mișcării.
7. Determinați forța totală aplicată. În această problemă spunem că cineva trage frânghia cu o forță de 10 Newtoni.
   • Dacă s-a dat deja o forță „spre dreapta”, „sus” sau „în direcția mișcării”, „forța x cos („) ”este calculată și puteți continua să înmulțiți valorile.
8. Calculați forța relevantă. Doar o parte din forță trage trăsura înainte. Deoarece coarda este ridicată într-un unghi, forța rămasă încearcă să ridice trăsura în sus, contracarând gravitația. Calculați forța în direcția mișcării:
   • În exemplul nostru, unghiul θ dintre sol și frânghie este de 30 °.
   • Calculați cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aproximativ 0,866. Puteți utiliza un calculator pentru a găsi această valoare, dar asigurați-vă că calculatorul dvs. folosește unitatea corectă ca cea în care este specificat unghiul (grade sau radiani).
   • Înmulțiți forța totală x cos (θ). În exemplul nostru, 10N x 0,866 = 8,66 N în direcția mișcării.
9. Înmulțiți forța x distanța. Acum, că știm câtă forță se aplică în direcția mișcării, putem calcula munca ca de obicei. Problema noastră ne spune că trăsura a fost remorcată cu 20 de metri înainte, deci calculăm 8,66 N x 20 m = 173,2 jouli de lucru.

Metoda 2 din 4: Calcularea energiei cinetice în jouli

1. Înțelegeți o anumită energie cinetică. Energia cinetică este cantitatea de energie sub formă de mișcare. Ca și în cazul oricărei forme de energie, aceasta poate fi exprimată în Jouli.
   • Energia cinetică este egală cu cantitatea de muncă efectuată pentru a accelera un obiect staționar la o anumită viteză. Odată ce viteza este atinsă, obiectul reține acea cantitate de energie cinetică până când energia respectivă este transformată în căldură (prin frecare), energie gravitațională (prin contracara gravitației) sau alte tipuri de energie.
2. Determinați masa obiectului. De exemplu, putem măsura energia cinetică a unei biciclete și a unui ciclist. Să presupunem că ciclistul are o masă de 50 kg și bicicleta are o masă de 20 kg. Aceasta se adaugă la o masă totală m de 70 kg. Acum le putem trata împreună ca 1 obiect de 70 kg, deoarece se deplasează împreună cu aceeași viteză.
3. Calculați viteza. Dacă știi deja viteza ciclistului sau viteza vectorului, notează-l și mergi mai departe. Dacă tot trebuie să calculați acest lucru, utilizați una dintre metodele de mai jos. Aceasta privește viteza, nu viteza vectorială (care este viteza într-o anumită direcție), chiar dacă litera este adesea v folosit pentru viteză. Ignorați orice viraj pe care îl face ciclistul și prefaceți-vă că întreaga distanță este în linie dreaptă.
   • Dacă ciclistul se deplasează la o viteză constantă (fără accelerație), măsurați distanța parcursă de ciclist și împărțiți-o la numărul de secunde necesare pentru a parcurge acea distanță. Aceasta calculează viteza medie, care în acest scenariu este aceeași cu viteza la un moment dat.
   • Dacă ciclistul se deplasează cu o accelerație constantă și nu schimbă direcția, calculați viteza acestuia în acel moment t cu formula 'viteză (timp t) = (accelerație) (t) + viteza inițială. Timpul este în secunde, viteza în metri / secundă și accelerația în m / s.
4. Introduceți următoarele numere în următoarea formulă. Energie cinetică = (1/2)m "v. De exemplu, dacă ciclistul se deplasează cu o viteză de 15 m / s, atunci energia sa cinetică este K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton metri = 7875 jouli.
   • Formula pentru energia cinetică poate fi derivată din definiția muncii, W = FΔs și ecuația v = v₀ + 2aΔs. Δs se referă la „deplasare” sau la distanța parcursă.

Metoda 3 din 4: Calculul Joule ca energie electrică

1. Calculați energia folosind puterea x timpul. Puterea este definită ca energia consumată pe unitate de timp, deci putem calcula energia consumată în funcție de puterea ori a unității de timp. Acest lucru este util atunci când măsurați puterea în wați, deoarece 1 watt = 1 Joule / secundă. Pentru a afla câtă energie consumă un bec incandescent de 60W în 120 de secunde, înmulțiți următoarele: (60 wați) x (120 secunde) = 7200 jouli.
   • Această formulă poate fi utilizată pentru orice fel de putere, măsurată în wați, dar electricitatea este cea mai evidentă.
2. Urmați pașii de mai jos pentru a calcula debitul de energie într-un circuit electric. Pașii de mai jos sunt conturați ca un exemplu practic, dar puteți utiliza și această metodă pentru a înțelege problemele teoretice de fizică. În primul rând, calculăm puterea P folosind formula P = I x R, unde I este curentul în amperi și R este rezistența în ohmi. Aceste unități ne oferă puterea în wați, deci din acest moment putem aplica formula folosită în pasul anterior pentru a calcula energia în jouli.
3. Alegeți un rezistor. Rezistențele sunt indicate în ohmi, cu valoarea lor indicată direct pe rezistor sau indicată printr-o serie de inele colorate. De asemenea, puteți testa o rezistență cu un ohmmetru sau multimetru. În acest exemplu, presupunem că rezistența pe care o folosim este de 10 ohmi.
4. Conectați rezistorul la o sursă de energie (baterie). Folosiți cleme pentru aceasta sau plasați rezistorul într-un circuit de testare.
5. Să curgă un curent prin el pentru o anumită perioadă de timp. În acest exemplu luăm 10 secunde ca unitate de timp.
6. Măsurați puterea curentului. Faceți acest lucru cu un debitmetru sau cu un multimetru. Majoritatea curentului de uz casnic este în miliamperi, deci presupunem că curentul este de 100 miliamperi sau 0,1 amperi.
7. Folosiți formula P = I x R. Acum, pentru a găsi puterea, înmulțești puterea pătrată a curentului cu rezistența. Acest lucru vă oferă puterea acestui circuit în wați. Pătratul de 0,1 dă 0,01. Înmulțiți acest lucru cu 10 și obțineți o putere de ieșire de 0,1 wați sau 100 de miliți.
8. Înmulțiți puterea cu timpul scurs. Aceasta furnizează energia în jouli. 0,1 wați x 10 secunde este egal cu 1 joule de energie electrică.
   • Deoarece Joule este o unitate mică și întrucât consumul de energie al aparatelor este de obicei indicat în wați, milliwați și kilowați, este adesea mai convenabil să se calculeze numărul de kWh (kilowați oră) consumat de un dispozitiv. 1 watt este egal cu 1 joule pe secundă sau 1 joule este egal cu 1 watt secundă; un kilowatt este egal cu 1 kilojoule pe secundă și un kilojoule este egal cu 1 kilowatt secundă. Există 3.600 de secunde într-o oră, deci 1 kilowatt-oră este egal cu 3.600 kilowatt-secunde, 3.600 kilojouli sau 3.600.000 jouli.

Metoda 4 din 4: Calculul căldurii în jouli

1. Determinați masa obiectului la care se adaugă căldură. Folosiți o balanță sau cântare pentru aceasta. Dacă obiectul este un lichid, cântăriți mai întâi recipientul gol în care va intra lichidul. Va trebui să scăpați acest lucru din masa recipientului și lichidului împreună pentru a găsi masa lichidului. În acest exemplu presupunem că obiectul este de 500 de grame de apă.
   • Folosiți grame, nu o altă unitate, altfel rezultatul nu va fi dat în Jouli.
2. Determinați căldura specifică a obiectului. Aceste informații pot fi găsite în cărțile de referință ale chimiei binas, dar le puteți găsi și online. Aceasta este căldura specifică pentru apă c este egal cu 4,19 jouli pe gram pentru fiecare grad Celsius - sau 4,1855, dacă doriți să fiți foarte preciși.
   • Căldura specifică variază ușor în funcție de temperatură și presiune. Diferite organizații și manuale folosesc „temperaturi standard” diferite, deci este posibil să găsiți până la 4.179 pentru căldura specifică a apei.
   • De asemenea, puteți utiliza Kelvin în loc de Celsius, deoarece 1 grad este același pentru ambele feluri de mâncare (încălzirea ceva cu 3 ° C este la fel ca la 3 Kelvin). Nu utilizați Fahrenheit sau rezultatul nu va fi dat în Jouli.
3. Determinați temperatura curentă a obiectului. Dacă obiectul este un lichid, puteți utiliza un termometru obișnuit (cu mercur). Pentru alte obiecte este posibil să aveți nevoie de un termometru cu o sondă.
4. Încălziți obiectul și măsurați din nou temperatura. Acest lucru vă permite să măsurați cantitatea de căldură care a fost adăugată unui obiect în timpul încălzirii.
   • Dacă doriți să cunoașteți cantitatea totală de energie stocată sub formă de căldură, vă puteți pretinde că temperatura inițială a fost zero absolută: 0 Kelvin sau -273,15ºC.
5. Scoateți temperatura inițială din temperatura după încălzire. Acest lucru dă rezultatului schimbarea temperaturii obiectului. Presupunând că apa a fost inițial de 15 grade Celsius și după încălzire a fost de 35 de grade Celsius, modificarea temperaturii este deci de 20 de grade Celsius.
6. Înmulțiți masa obiectului cu căldura specifică și schimbarea temperaturii. Scrieți această formulă ca H =mcΔT., unde ΔT reprezintă „schimbarea temperaturii”. În acest exemplu, aceasta devine 500g x 4.19 x 20 = 41.900 jouli.
   • Căldura este exprimată în general în calorii sau kilocalorii. O calorie este definită ca cantitatea de căldură necesară pentru ca 1 gram de apă să crească în temperatură cu 1 grad Celsius, în timp ce o kilocalorie (sau Calorie) este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 kilogram de apă cu 1 grad Celsius . În exemplul de mai sus, creșterea temperaturii de 500 de grame de apă cu 20 de grade Celsius necesită 10.000 de calorii sau 10 kilocalorii.

sfaturi

• Legat de joule este o altă unitate de lucru și energie numită erg; 1 erg este egal cu 1 forță dyne de o distanță de 1 cm. Un joule este egal cu 10.000.000 erg.

Avertizări

• Deși termenii „joule” și „newton metru” se referă la aceeași unitate, în practică „joule” este folosit pentru a indica orice formă de energie și pentru munca efectuată în linie dreaptă, ca în exemplul de urcare a scărilor de mai sus. Atunci când este folosit pentru a calcula cuplul (forța asupra unui obiect rotativ), preferăm termenul „Newton metru”.

Necesități

Calculul muncii sau al energiei cinetice:

• Cronometru sau cronometru
• Balanță sau echilibru
• Calculator cu funcție de cosinus (numai pentru lucru, nu întotdeauna necesar)

Calculul energiei electrice:

• Rezistenţă
• Sârme sau o placă de testare
• Multimetru (sau un ohmmetru și un contor de curent)
• Cleme Fahnestock sau aligator

Căldură:

• Obiect de încălzit
• Sursă de căldură (cum ar fi un arzător Bunsen)
• Termometru (termometru lichid sau termometru cu sondă)
• Chimie / referință chimică (pentru găsirea căldurii specifice a obiectului încălzit)