Vsebina

• Stopati
• Metoda 1 od 4: Izračunavanje dela v džulih
• Metoda 2 od 4: Izračun kinetične energije v džulih
• Metoda 3 od 4: Izračun Joula kot električne energije
• Metoda 4 od 4: Izračun toplote v džulih
• Nasveti
• Opozorila
• Nujnosti

Joule (J), poimenovan po angleškem fiziku Jamesu Edwardu Jouleju, je ena najpomembnejših enot Mednarodnega metričnega sistema. Joule se uporablja kot enota dela, energije in toplote in se pogosto uporablja v znanosti. Če želite, da je vaš odgovor v džulih, vedno uporabite standardne znanstvene enote.

Stopati

Metoda 1 od 4: Izračunavanje dela v džulih

1. Opredelitev dela. Delo je opredeljeno kot konstantna sila, ki deluje na predmet, da ga premakne določeno razdaljo. Če ne deluje več kot ena sila, jo lahko izračunamo kot moč X razdalja, in jih lahko zapišemo v enotah džula (kar ustreza "Newton metru"). V našem prvem primeru vzamemo osebo, ki želi dodati težo od tal do višine prsnega koša, in izračunamo, koliko dela je ta oseba opravila.
   • Sila mora biti uporabljena v smeri gibanja. Ko držite predmet in hodite naprej, se na njem ne dela, ker predmeta ne potiskate v smeri njegovega gibanja.
2. Določite maso predmeta, ki ga premikate. Masa predmeta je potrebna za izračun sile, ki je potrebna za njegovo premikanje. V našem primeru navajamo, da ima teža maso 10 kg.
   • Ne uporabljajte kilogramov ali drugih enot, ki niso standardne, sicer končni odgovor ne bo v džuljih.
3. Izračunaj silo. Sila = masa x pospešek. V našem primeru je dvig uteži naravnost navzgor pospešek, ki ga skušamo premagati, enak gravitaciji, 9,8 m / s navzdol. Izračunajte silo, potrebno za dviganje teže, z uporabo (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newtonov (N).
   • Če se objekt premika vodoravno, gravitacija ni pomembna. Namesto tega vas bo težava morda izračunal silo, potrebno za premagovanje trenja. Če je podano, kakšen je pospešek predmeta, ko ga potisnemo, lahko pomnožite dani pospešek z maso.
4. Izmerite razdaljo, kamor se premika predmet. V tem primeru predpostavljamo, da je teža dvignjena 1,5 metra (m). Oddaljenost je treba izmeriti v metrih, sicer končnega odgovora ni mogoče zabeležiti v džulih.
5. Pomnožite silo z razdaljo. Če želite dvigniti utež 98 Newton 1,5 metra, boste morali opraviti 98 x 1,5 = 147 Joulov dela.
6. Izračunajte delo za predmete, ki se premikajo pod kotom. Naš zgornji primer je bil preprost: nekdo je uporabil silo navzgor na predmet in objekt se je dvignil. Včasih smer sile in gibanje predmeta nista povsem enaka, ker na objekt deluje več sil. V naslednjem primeru bomo izračunali, koliko Joulov je potrebno, da vlečemo sani 25 metrov skozi sneg, tako da vlečemo vrv, pritrjeno na sani pod kotom 30 ° glede na vodoravno ravnino. Velja naslednje: delo = sila x cos (θ) x razdalja. "Simbol" je grška črka "theta" in predstavlja kot med smerjo sile in smerjo gibanja.
7. Določite skupno uporabljeno silo. V tej težavi rečemo, da nekdo vleče vrv s silo 10 Newtonov.
   • Če je že podana sila "v desno", "gor" ali "v smeri gibanja", je izračunana "sila x cos (") in lahko nadaljujete z množenjem vrednosti.
8. Izračunaj ustrezno silo. Samo del sile potegne kočijo naprej. Ker je vrv pod kotom navzgor, preostala sila poskuša dvigniti voziček navzgor in uravnava gravitacijo. Izračunajte silo v smeri gibanja:
   • V našem primeru je kot θ med tlemi in vrvjo 30º.
   • Izračunaj cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = približno 0,866. To vrednost lahko uporabite s kalkulatorjem, vendar se prepričajte, da kalkulator uporablja pravilno enoto kot tista, v kateri je določen kot (stopinje ali radiani).
   • Pomnožite skupno silo x cos (θ). V našem primeru je 10N x 0,866 = 8,66 N v smeri gibanja.
9. Pomnožite silo x razdaljo. Zdaj, ko vemo, koliko sile deluje v smeri gibanja, lahko izračunamo delo kot običajno. Naša težava nam pove, da je bila kočija vlečena 20 metrov naprej, zato izračunamo 8,66 N x 20 m = 173,2 džula dela.

Metoda 2 od 4: Izračun kinetične energije v džulih

1. Razumeti nekaj kinetične energije. Kinetična energija je količina energije v obliki gibanja. Kot pri vsaki obliki energije jo lahko izrazimo v Joulih.
   • Kinetična energija je enaka količini opravljenega dela za pospešitev mirujočega predmeta do določene hitrosti. Ko je ta hitrost dosežena, objekt zadrži to količino kinetične energije, dokler se ta energija ne pretvori v toploto (s trenjem), gravitacijsko energijo (proti gravitaciji) ali druge vrste energije.
2. Določite maso predmeta. Izmerimo lahko na primer kinetično energijo kolesa in kolesarja. Recimo, da ima kolesar maso 50 kg, kolo pa 20 kg. To pomeni skupno maso m 70 kg. Zdaj jih lahko skupaj obravnavamo kot 1 predmet 70 kg, ker se skupaj premikata z enako hitrostjo.
3. Izračunajte hitrost. Če hitrost kolesarja ali vektorsko hitrost že poznate, jo zapišite in nadaljujte. Če morate to še izračunati, uporabite enega od spodnjih načinov. To zadeva hitrost, ne vektorsko hitrost (ki je hitrost v določeni smeri), čeprav je črka pogosto v uporablja se za hitrost. Ne upoštevajte vseh zavojev, ki jih kolesar naredi, in se pretvarjajte, da je celotna razdalja v ravni črti.
   • Če se kolesar premika s konstantno hitrostjo (brez pospeševanja), izmerite razdaljo, ki jo je kolesar prehodil, in jo delite s številom sekund, ki jih je prehodil. S tem se izračuna povprečna hitrost, ki je v tem primeru enaka hitrosti v danem trenutku.
   • Če se kolesar giblje s konstantnim pospeševanjem in ne spremeni smeri, izračunajte njegovo hitrost t s formulo 'hitrost (čas t) = (pospešek) (t) + začetna hitrost. Čas je v sekundah, hitrost v metrih / sekundo in pospešek v m / s.
4. V naslednjo formulo vnesite naslednje številke. Kinetična energija = (1/2)m "v. Če se na primer kolesar giblje s hitrostjo 15 m / s, je njegova kinetična energija K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 njutonmetrov = 7875 džuljev.
   • Formulo za kinetično energijo lahko izpeljemo iz definicije dela, W = FΔs in enačbe v = v₀ + 2aΔs. Δs se nanaša na "premik" ali tudi prevoženo razdaljo.

Metoda 3 od 4: Izračun Joula kot električne energije

1. Izračunajte energijo z močjo x čas. Moč je definirana kot porabljena energija na časovno enoto, zato lahko porabljeno energijo izračunamo z močjo, pomnoženo s časovno enoto. To je koristno pri merjenju moči v vatih, ker je 1 vata = 1 džul / sekundo. Če želite ugotoviti, koliko energije 60W žarnica z žarilno nitko porabi v 120 sekundah, pomnožite naslednje: (60 vatov) x (120 sekund) = 7200 džuljev.
   • To formulo lahko uporabimo za katero koli vrsto moči, merjeno v vatih, vendar je elektrika najbolj očitna.
2. Uporabite spodnje korake za izračun pretoka energije v električnem krogu. Spodnji koraki so opisani kot praktični primer, vendar lahko to metodo uporabite tudi za razumevanje teoretičnih fizikalnih problemov. Najprej izračunamo moč P po formuli P = I x R, kjer je I tok v amperih, R pa upor v ohmih. Te enote nam dajejo moč v vatih, zato lahko od tega trenutka naprej uporabimo formulo, uporabljeno v prejšnjem koraku, za izračun energije v džulih.
3. Izberite upor. Upori so označeni v ohmih, njihova vrednost je navedena neposredno na uporu ali pa je označena z vrsto barvnih obročev. Upor lahko preizkusite tudi z ohmmetrom ali multimetrom. V tem primeru predpostavljamo, da je upor, ki ga uporabljamo, 10 ohmov.
4. Upor priključite na vir energije (baterija). Za to uporabite spone ali upor postavite v preskusno vezje.
5. Pustite, da skozi tok določen čas teče tok. V tem primeru za časovno enoto vzamemo 10 sekund.
6. Izmerite jakost toka. To naredite z merilnikom pretoka ali multimetrom. Večina gospodinjskega toka je v miliamperih, zato predpostavljamo, da je tok 100 miliamperov ali 0,1 amperov.
7. Uporabite formulo P = I x R. Da bi našli moč, pomnožite kvadratno moč toka z uporom. To vam daje moč tega vezja v vatih. Kvadrat 0,1 daje 0,01. Pomnožite to z 10 in dobite izhodno moč 0,1 vata ali 100 milivatov.
8. Pomnožite moč s preteklim časom. To zagotavlja energijo v džulih. 0,1 vata x 10 sekund je enako 1 džulu električne energije.
   • Ker je Joule majhna enota in ker je poraba energije naprav običajno prikazana v vatih, milivatih in kilovatih, je pogosto bolj priročno izračunati število kWh (kilovatnih ur), ki jih naprava porabi. 1 vat je enak 1 džulu na sekundo ali 1 džul je enak 1 vatu sekunde; en kilovat je enak 1 kilodžulu na sekundo, en kilodžul pa 1 kilovat sekundi. V eni uri je 3.600 sekund, zato je 1 kilovatna ura enaka 3.600 kilovatnim sekundam, 3.600 kilodžulov ali 3.600.000 džuljev.

Metoda 4 od 4: Izračun toplote v džulih

1. Določite maso predmeta, ki mu je dodana toplota. Za to uporabite tehtnico ali tehtnico. Če je predmet tekočina, najprej stehtajte prazno posodo, v katero bo tekočina šla. To boste morali odšteti od mase posode in tekočine, da boste našli maso tekočine. V tem primeru predpostavljamo, da je predmet 500 gramov vode.
   • Uporabite grame, ne druge enote, sicer rezultat ne bo naveden v džulih.
2. Določite specifično toploto predmeta. Te informacije lahko najdete v priročnikih za kemijo binas, lahko pa jih najdete tudi na spletu. To je specifična toplota za vodo c je enako 4,19 džula na gram za vsako stopinjo Celzija - ali 4,1855, če želite biti zelo natančni.
   • Specifična toplota se nekoliko razlikuje, odvisno od temperature in tlaka. Različne organizacije in učbeniki uporabljajo različne "standardne temperature", zato lahko za specifično toploto vode najdete kar 4.179.
   • Namesto Celzija lahko uporabite tudi Kelvina, ker je 1 stopinja enaka za obe posodi (ogrevanje nečesa s 3 ° C je enako kot pri 3 Kelvinah). Ne uporabljajte Fahrenheita, sicer rezultat ne bo prikazan v džulih.
3. Določite trenutno temperaturo predmeta. Če je predmet tekočina, lahko uporabite običajni (živosrebrni) termometer. Za druge predmete boste morda potrebovali termometer s sondo.
4. Predmet segrejte in znova izmerite temperaturo. To vam omogoča merjenje količine toplote, ki je bila predmetu dodana med ogrevanjem.
   • Če želite vedeti skupno količino energije, shranjene v obliki toplote, se lahko pretvarjate, da je bila začetna temperatura absolutna ničla: 0 Kelvin ali -273,15 ° C.
5. Od ogrevanja odštejte prvotno temperaturo. Rezultat je sprememba temperature predmeta. Ob predpostavki, da je bila voda sprva 15 stopinj Celzija, po segrevanju pa 35 stopinj Celzija, je torej sprememba temperature 20 stopinj Celzija.
6. Maso predmeta pomnožimo s specifično toploto in spremembo temperature. To formulo zapišete kot H =mcΔT., kjer ΔT predstavlja "spremembo temperature". V tem primeru to postane 500 g x 4,19 x 20 = 41.900 džuljev.
   • Toplota se običajno izraža v kalorijah ali kilokalorijah. Kalorija je opredeljena kot količina toplote, ki je potrebna, da se 1 gram vode dvigne za 1 stopinjo Celzija, medtem ko je kilokalorija (ali Kalorija) količina toplote, potrebna za dvig temperature 1 kilograma vode za 1 stopinjo Celzija ... V zgornjem primeru za dvig temperature 500 gramov vode za 20 stopinj Celzija potrebujemo 10.000 kalorij ali 10 kilokalorij.

Nasveti

• Z džulom je povezana še ena enota dela in energije, imenovana erg; 1 erg je enak 1 dinovi sili, pomnoženi z razdaljo 1 cm. En džul je enak 10.000.000 erg.

Opozorila

• Čeprav se izraza "joule" in "newton meter" nanašata na isto enoto, se v praksi "joule" uporablja za označevanje katere koli oblike energije in za dela, ki se izvajajo v ravni črti, kot v primeru plezanja po stopnicah zgoraj. Pri izračunu navora (sile na vrtljivi predmet) imamo raje izraz "Newton meter".

Nujnosti

Izračun delovne ali kinetične energije:

• Štoparica ali časovnik
• Tehtnica ali ravnotežje
• Kalkulator s kosinusno funkcijo (samo za delo, ni vedno potreben)

Izračun električne energije:

• Odpornost
• Žice ali preskusna plošča
• Multimeter (ali ohmmeter in trenutni števec)
• Fahnestock ali aligatorske sponke

Vročina:

• Predmet za ogrevanje
• Vir toplote (npr. Bunsenov gorilnik)
• Termometer (tekoči termometer ali termometer s sondo)
• Kemija / referenca kemije (za določanje specifične toplote predmeta, ki se segreva)