Conţinut

• Pași
• Metoda 1 din 5: Calculul muncii (J)
• Metoda 2 din 5: Calculați energia (J) dintr-o putere dată (W)
• Metoda 3 din 5: Calcularea energiei cinetice (J)
• Metoda 4 din 5: Calcularea cantității de căldură (J)
• Metoda 5 din 5: Calcularea energiei electrice (J)
• sfaturi
• Avertizări
• De ce ai nevoie

Joule (J) este una dintre cele mai importante unități din Sistemul Internațional de Unități (SI). Jouli măsoară munca, energia și căldura. Pentru a reprezenta rezultatul final în jouli, utilizați unități SI.Dacă în sarcină sunt date alte unități de măsură, convertiți-le în unități de măsură din Sistemul internațional de unități.

Pași

Metoda 1 din 5: Calculul muncii (J)

1. 1 Conceptul de muncă în fizică. Dacă mutați cutia, atunci veți face treaba. Dacă ridici cutia, atunci ai făcut treaba. Pentru ca lucrarea să fie realizată, trebuie îndeplinite două condiții:
   • Aplicați forță constantă.
   • Sub acțiunea forței aplicate, corpul se mișcă în direcția acțiunii forței.
2. 2 Calculați munca. Pentru a face acest lucru, înmulțiți forța și distanța (cu care s-a mișcat corpul). În SI, forța este măsurată în newtoni, iar distanța în metri. Dacă utilizați aceste unități, lucrarea rezultată va fi măsurată în jouli.
   • Când rezolvați probleme, determinați direcția forței aplicate. Când ridicați cutia, forța este îndreptată de jos în sus, dar dacă luați cutia în mâini și mergeți pe o anumită distanță, atunci nu veți face treaba - aplicați forța, astfel încât cutia să nu cadă, ci această forță nu mișcă cutia.
3. 3 Găsește-ți greutatea corporală. Este necesar să se calculeze forța care trebuie aplicată pentru a mișca corpul. Luați în considerare un exemplu: calculați munca depusă de un sportiv când ridicați (de la podea la piept) o bară cu o greutate de 10 kg.
   • Dacă problema conține unități de măsură non-standard, convertiți-le în unități SI.
4. 4 Calculați puterea. Forța = masa x accelerația. În exemplul nostru, luăm în considerare accelerația gravitației, care este egală cu 9,8 m / s. Forța care trebuie aplicată pentru a muta bara în sus este de 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Dacă corpul se mișcă într-un plan orizontal, ignorați accelerația datorată gravitației. Poate că sarcina va necesita calcularea forței necesare pentru a depăși fricțiunea. Dacă accelerația este dată în problemă, pur și simplu înmulțiți-o cu masa corporală dată.
5. 5 Măsurați distanța parcursă. În exemplul nostru, să spunem că bara este ridicată la o înălțime de 1,5 m. (Dacă unitățile de măsură non-standard sunt date în problemă, convertiți-le în unități SI.)
6. 6 Înmulțiți forța cu distanța. Pentru a ridica o bară cu greutatea de 10 kg la o înălțime de 1,5 m, sportivul va efectua o muncă egală cu 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Calculați munca atunci când forța este îndreptată într-un unghi. Exemplul anterior a fost destul de simplu: direcțiile forței și mișcării corpului au coincis. Dar, în unele cazuri, forța este direcționată într-un unghi față de direcția de deplasare. Luați în considerare un exemplu: calculați munca făcută de un copil care trage o sanie de 25 m cu o frânghie care se află la 30 de grade de orizontală. În acest caz, lucrarea = forța x cosinusul (θ) x distanța. Unghiul θ este unghiul dintre direcția forței și direcția de mișcare.
8. 8 Găsiți forța totală aplicată. În exemplul nostru, să spunem că copilul aplică o forță egală cu 10 N.
   • Dacă problema spune că forța este îndreptată în sus, sau spre dreapta / stânga, sau direcția acesteia coincide cu direcția de mișcare a corpului, atunci pentru a calcula munca, înmulțiți pur și simplu forța și distanța.
9. 9 Calculați forța corespunzătoare. În exemplul nostru, doar o fracțiune din forța totală trage sania înainte. Deoarece frânghia este îndreptată în sus (într-un unghi față de orizontală), o altă parte a forței totale încearcă să ridice sania. Prin urmare, calculați forța, a cărei direcție coincide cu direcția de mișcare.
   • În exemplul nostru, unghiul θ (între sol și frânghie) este de 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Găsiți această valoare folosind un calculator; setați unitatea unghiului din calculator la grade.
   • Înmulțiți forța totală cu cosθ. În exemplul nostru: 10 x 0,866 = 8,66 N - aceasta este o forță a cărei direcție coincide cu direcția de mișcare.
10. 10 Înmulțiți forța corespunzătoare cu distanța pentru a calcula lucrarea. În exemplul nostru: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metoda 2 din 5: Calculați energia (J) dintr-o putere dată (W)

1. 1 Puterea și energia. Puterea este măsurată în wați (W) și descrie rata de schimbare, conversie, transmitere sau consum de energie, care se măsoară în jouli (J).Pentru a calcula energia (J) pentru o anumită putere (W), trebuie să cunoașteți durata.
2. 2 Pentru a calcula energia (J), înmulțiți puterea (W) cu timpul (timpul). Un dispozitiv cu o putere de 1 W consumă 1 J de energie la fiecare 1 s. De exemplu, să calculăm energia consumată de un bec de 60 W timp de 120 de secunde: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Această formulă este adevărată pentru orice putere măsurată în wați, dar este cea mai frecvent utilizată în sarcinile care implică electricitate.

Metoda 3 din 5: Calcularea energiei cinetice (J)

1. 1 Energia cinetică este energia mișcării. Poate fi exprimat în jouli (J).
   • Energia cinetică este echivalentă cu munca depusă pentru a accelera un corp staționar la o anumită viteză. După ce a atins o anumită viteză, energia cinetică a corpului rămâne constantă până când este transformată în căldură (din frecare), energie potențială gravitațională (atunci când se deplasează împotriva gravitației) sau alte tipuri de energie.
2. 2 Găsește-ți greutatea corporală. De exemplu, calculați energia cinetică a unei biciclete și a unui ciclist. Ciclistul cântărește 50 kg și bicicleta cântărește 20 kg, ceea ce înseamnă că greutatea corporală totală este de 70 kg (considerați bicicleta și ciclistul ca un singur corp, deoarece se vor deplasa în aceeași direcție și la aceeași viteză).
3. 3 Calculați viteza. Dacă viteza este dată în problemă, treceți la pasul următor; în caz contrar, calculați-l folosind una dintre metodele de mai jos. Rețineți că direcția vitezei este neglijabilă aici; în plus, să presupunem că ciclistul conduce în linie dreaptă.
   • Dacă ciclistul circula cu o viteză constantă (fără accelerație), măsurați distanța parcursă (m) și împărțiți-o la timpul (timpul) necesar pentru a parcurge această distanță. Acest lucru vă va oferi viteză medie.
   • Dacă ciclistul accelera, iar valoarea accelerației și direcția de mișcare nu s-au modificat, atunci viteza la un moment dat t este calculată prin formula: accelerație x t + viteza inițială. Timpul este măsurat în secunde, viteza în m / s, accelerația în m / s.
4. 4 Conectați valorile în formulă. Energia cinetică = (1/2) mv, unde m este masă, v este viteza. De exemplu, dacă viteza unui ciclist este de 15 m / s, atunci energia sa cinetică K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • Formula pentru calcularea energiei cinetice este derivată din definiția muncii (W = FΔs) și ecuația cinematică (v = v₀ + 2aΔs, unde Δs este distanța parcursă).

Metoda 4 din 5: Calcularea cantității de căldură (J)

1. 1 Găsiți masa corpului încălzit. Pentru a face acest lucru, utilizați o balanță sau o scară de arc. Dacă corpul este un lichid, cântăriți mai întâi recipientul gol (în care veți turna lichidul) pentru a-i găsi masa. După cântărirea lichidului, scădeți masa recipientului gol din această valoare pentru a găsi masa lichidului. De exemplu, luați în considerare apa cu o greutate de 500 g.
   • Pentru ca rezultatul să fie măsurat în jouli, masa trebuie măsurată în grame.
2. 2 Găsiți căldura specifică a corpului. Poate fi găsit într-un manual de chimie, fizică sau pe internet. Capacitatea termică specifică a apei este de 4,19 J / g.
   • Căldura specifică variază ușor în funcție de temperatură și presiune. De exemplu, în unele surse capacitatea specifică de căldură a apei este de 4,18 J / g (deoarece diferite surse aleg valori diferite ale „temperaturii de referință”).
   • Temperatura poate fi măsurată în grade Kelvin sau Celsius (deoarece diferența dintre cele două temperaturi va fi aceeași), dar nu în grade Fahrenheit.
3. 3 Găsiți temperatura corpului de pornire. Dacă corpul este lichid, folosiți un termometru.
4. 4 Încălziți corpul și găsiți temperatura sa finală. În acest fel puteți găsi cantitatea de căldură transferată corpului atunci când este încălzită.
   • Dacă doriți să găsiți energia totală convertită în căldură, considerați că temperatura inițială a corpului este zero absolută (0 Kelvin sau -273,15 Celsius). Acest lucru nu se aplică de obicei.
5. 5 Scadeți temperatura corpului inițial din temperatura finală pentru a găsi schimbarea temperaturii corpului. De exemplu, apa este încălzită de la 15 grade Celsius la 35 de grade Celsius, adică schimbarea temperaturii apei este de 20 grade Celsius.
6. 6 Înmulțiți greutatea corporală, căldura sa specifică și modificarea temperaturii corpului. Formula: H = mcΔT, unde ΔT este modificarea temperaturii. În exemplul nostru: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • Căldura este uneori măsurată în calorii sau kilocalorii. Caloriile sunt cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 gram de apă cu 1 grad Celsius; kilocalorii este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 kg de apă cu 1 grad Celsius. În exemplul de mai sus, ar fi nevoie de 10.000 de calorii sau 10 kcal pentru a crește temperatura de 500 de grame de apă cu 20 de grade Celsius.

Metoda 5 din 5: Calcularea energiei electrice (J)

1. 1 Aceasta descrie o metodă pentru calcularea fluxului de energie într-un circuit electric. Un exemplu practic este dat pe baza căruia se pot rezolva probleme fizice. Pentru început, să calculăm puterea conform formulei P = I x R, unde I este puterea curentă (A), R este rezistența (Ohm). Veți găsi puterea (W) cu care puteți calcula energia (J) (vezi al doilea capitol).
2. 2 Ia un rezistor. Valoarea rezistenței (Ohm) a rezistorului este indicată printr-un marcaj numeric sau codat în culori. De asemenea, puteți determina rezistența rezistorului conectându-l la un ohmmetru sau multimetru. De exemplu, să luăm un rezistor de 10 ohmi.
3. 3 Conectați rezistorul la sursa de curent. Pentru a face acest lucru, utilizați cleme de crocodil sau un suport experimental cu un circuit electric.
4. 4 Treceți un curent prin circuit pentru o anumită perioadă de timp. De exemplu, faceți acest lucru timp de 10 secunde.
5. 5 Determinați intensitatea. Pentru a face acest lucru, utilizați un ampermetru sau un multimetru. De exemplu, curentul este de 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Calculați puterea (W) folosind formula P = I x R. În exemplul nostru: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Înmulțiți puterea și timpul pentru a găsi energie (J). În exemplul nostru: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Deoarece 1 joule este o valoare mică, iar puterea aparatelor electrice este indicată în wați, milliwați și kilowați, în sectorul locuințelor și comunal, energia este de obicei măsurată în kilowați-oră. Dacă 1 W = 1 J / s, atunci 1 J = 1 W ∙ s; dacă 1 kW = 1 kJ / s, atunci 1 kJ = 1 kW ∙ s. Din moment ce 1 h = 3600 s, atunci 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

sfaturi

• În SI, energia și munca sunt, de asemenea, măsurate în erg-uri. 1 erg = 1 dina (unitate de măsură a forței) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Avertizări

• Joulul și newtonmetrul sunt unități de măsură pentru lucru. Jouli măsoară energia și munca depusă atunci când un corp se mișcă în linie dreaptă. Dacă corpul se rotește, unitatea de măsură este newtonmetru.

De ce ai nevoie

Munca și energia cinetică:

• Cronometru sau cronometru
• solzi
• Calculator de cosinus

Energie electrica:

• Rezistor
• Sârme sau suport experimental
• Multimetru (sau ohmmetru și ampermetru)
• Cleme de crocodil

Cantitatea de căldură:

• Corp încălzit
• Sursă de căldură (de exemplu, arzător)
• Termometru
• Manual pentru determinarea căldurii specifice unui corp încălzit