Vsebina

• Koraki
• Metoda 1 od 5: Izračun dela (J)
• Metoda 2 od 5: Izračunajte energijo (J) iz dane moči (W)
• Metoda 3 od 5: Izračun kinetične energije (J)
• Metoda 4 od 5: Izračun količine toplote (J)
• Metoda 5 od 5: Izračun električne energije (J)
• Nasveti
• Opozorila
• Kaj potrebujete

Joule (J) je ena najpomembnejših enot v Mednarodnem sistemu enot (SI). Jouli merijo delo, energijo in toploto. Za predstavitev končnega rezultata v džulih uporabite enote SI.Če so v nalogi podane druge merske enote, jih pretvorite v merske enote iz Mednarodnega sistema enot.

Koraki

Metoda 1 od 5: Izračun dela (J)

1. 1 Koncept dela v fiziki. Če premaknete škatlo, potem delo opravite. Če dvignete škatlo, ste delo opravili. Za delo je treba izpolniti dva pogoja:
   • Uporabljate stalno silo.
   • Pod delovanjem uporabljene sile se telo premika v smeri delovanja sile.
2. 2 Izračunajte delo. Če želite to narediti, pomnožite silo in razdaljo (za katero se je telo premaknilo). V SI se sila meri v newtonih, razdalja pa v metrih. Če uporabite te enote, se bo rezultat meril v džulih.
   • Pri reševanju težav določite smer uporabljene sile. Pri dvigovanju škatle je sila usmerjena od spodaj navzgor, če pa vzamete škatlo v roke in prehodite določeno razdaljo, potem ne boste opravili dela - uporabljate silo, da škatla ne pade, ampak ta sila ne premakne škatle.
3. 3 Poiščite svojo telesno težo. Izračunati je potrebno silo, ki jo je treba uporabiti za premikanje telesa. Razmislite o primeru: izračunajte delo športnika, ko dvigne (od tal do prsnega koša) utež, ki tehta 10 kg.
   • Če težava vsebuje nestandardne merske enote, jih pretvorite v enote SI.
4. 4 Izračunajte moč. Sila = masa x pospešek. V našem primeru upoštevamo pospešek gravitacije, ki je enak 9,8 m / s. Sila, ki jo je treba uporabiti za premik palice navzgor, je 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Če se telo giblje v vodoravni ravnini, ne upoštevajte pospeška zaradi gravitacije. Morda bo naloga zahtevala izračun sile, potrebne za premagovanje trenja. Če je v nalogi pospešek, ga preprosto pomnožite z dano telesno maso.
5. 5 Izmerite prevoženo razdaljo. V našem primeru recimo, da je palica dvignjena na višino 1,5 m. (Če so v nalogi podane nestandardne merske enote, jih pretvorite v enote SI.)
6. 6 Pomnožite silo z razdaljo. Da bi dvignil mreno, ki tehta 10 kg, na višino 1,5 m, bo športnik opravil delo, ki je enako 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Izračunajte delo, ko je sila usmerjena pod kotom. Prejšnji primer je bil precej preprost: smeri sile in gibanja telesa so sovpadale. Toda v nekaterih primerih je sila usmerjena pod kotom v smeri vožnje. Razmislite o primeru: izračunajte delo otroka, ki vleče sani 25 m z vrvjo, ki je 30 stopinj od vodoravne. V tem primeru delo = sila x kosinus (θ) x razdalja. Kot θ je kot med smerjo sile in smerjo gibanja.
8. 8 Poiščite skupno uporabljeno silo. V našem primeru recimo, da otrok uporabi silo, ki je enaka 10 N.
   • Če težava pravi, da je sila usmerjena navzgor, v desno / levo ali pa njena smer sovpada s smerjo gibanja telesa, potem za izračun dela preprosto pomnožite silo in razdaljo.
9. 9 Izračunajte ustrezno silo. V našem primeru le del skupne sile potegne sani naprej. Ker je vrv usmerjena navzgor (pod kotom glede na vodoravno), drug del skupne sile poskuša dvigniti sani. Zato izračunajte silo, katere smer sovpada s smerjo gibanja.
   • V našem primeru je kot θ (med tlemi in vrvjo) 30 °.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. To vrednost poiščite s kalkulatorjem; nastavite kotno enoto v kalkulatorju na stopinje.
   • Pomnožite skupno silo s cosθ. V našem primeru: 10 x 0,866 = 8,66 N - to je sila, katere smer sovpada s smerjo gibanja.
10. 10 Za izračun dela pomnožite ustrezno silo z razdaljo. V našem primeru: 8,66 (V) x 20 (m) = 173,2 J.

Metoda 2 od 5: Izračunajte energijo (J) iz dane moči (W)

1. 1 Moč in energija. Moč se meri v vatih (W) in opisuje hitrost spremembe, pretvorbe, prenosa ali porabe energije, ki se meri v džulih (J).Za izračun energije (J) za dano moč (W) morate poznati čas.
2. 2 Za izračun energije (J) pomnožite moč (W) s časom (s). Naprava z močjo 1 W porabi 1 J energije vsake 1 s. Izračunajmo na primer energijo, ki jo žarnica 60 W porabi za 120 sekund: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Ta formula velja za vsako moč, merjeno v vatih, vendar se najpogosteje uporablja pri nalogah, ki vključujejo elektriko.

Metoda 3 od 5: Izračun kinetične energije (J)

1. 1 Kinetična energija je energija gibanja. Lahko se izrazi v džulih (J).
   • Kinetična energija je enakovredna delu za pospešitev mirujočega telesa do določene hitrosti. Ko doseže določeno hitrost, ostane kinetična energija telesa konstantna, dokler se ne pretvori v toploto (od trenja), gravitacijsko potencialno energijo (pri gibanju proti gravitaciji) ali druge vrste energije.
2. 2 Poiščite svojo telesno težo. Izračunajte na primer kinetično energijo kolesa in kolesarja. Kolesar tehta 50 kg, kolo pa 20 kg, kar pomeni, da je skupna telesna teža 70 kg (upoštevajte, da sta kolo in kolesar eno telo, saj se bosta gibala v isti smeri in z enako hitrostjo).
3. 3 Izračunajte hitrost. Če je v problemu podana hitrost, pojdite na naslednji korak; sicer izračunajte z eno od spodnjih metod. Upoštevajte, da je smer hitrosti tukaj zanemarljiva; poleg tega recimo, da kolesar vozi po ravni črti.
   • Če je kolesar vozil s konstantno hitrostjo (brez pospeška), izmerite prevoženo razdaljo (m) in jo delite s časom, ki je potreben za prehod te razdalje. Tako boste dobili povprečno hitrost.
   • Če je kolesar pospeševal, vrednost pospeška in smer gibanja pa se nista spremenili, se hitrost v določenem času t izračuna po formuli: pospešek x t + začetna hitrost. Čas se meri v sekundah, hitrost v m / s, pospešek v m / s.
4. 4 Vnesite vrednosti v formulo. Kinetična energija = (1/2) mv, kjer je m masa, v hitrost. Na primer, če je hitrost kolesarja 15 m / s, potem je njegova kinetična energija 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 za izračun kinetične energije izhaja iz definicije dela (W = FΔs) in kinematične enačbe (v = v₀ + 2aΔs, kjer je Δs prevožena razdalja).

Metoda 4 od 5: Izračun količine toplote (J)

1. 1 Poiščite maso segretega telesa. Če želite to narediti, uporabite tehtnico ali vzmet. Če je telo tekočina, najprej stehtajte prazno posodo (v katero boste vlili tekočino), da ugotovite njeno maso. Po tehtanju tekočine od te vrednosti odštejte maso prazne posode, da ugotovite maso tekočine. Na primer, razmislite o vodi, ki tehta 500 g.
   • Za merjenje rezultata v džulih je treba maso izmeriti v gramih.
2. 2 Poiščite specifično toploto telesa. Najdemo ga v učbeniku za kemijo, fiziko ali na internetu. Specifična toplotna zmogljivost vode je 4,19 J / g.
   • Specifična toplota se nekoliko spreminja s temperaturo in tlakom. Na primer, v nekaterih virih je specifična toplotna zmogljivost vode 4,18 J / g (ker različni viri izberejo različne vrednosti "referenčne temperature").
   • Temperaturo lahko merimo v stopinjah Kelvina ali Celzija (ker bo razlika med obema temperaturama enaka), ne pa v stopinjah Fahrenheita.
3. 3 Poiščite svojo začetno telesno temperaturo. Če je telo tekoče, uporabite termometer.
4. 4 Segrejte telo in poiščite končno temperaturo. Na ta način lahko ugotovite količino toplote, ki se prenese na telo, ko se segreje.
   • Če želite najti celotno energijo, pretvorjeno v toploto, upoštevajte, da je začetna telesna temperatura absolutna ničla (0 Kelvin ali -273,15 Celzija). To običajno ne velja.
5. 5 Za izračun spremembe telesne temperature odštejte začetno telesno temperaturo od končne temperature. Na primer, voda se segreje s 15 stopinj Celzija na 35 stopinj Celzija, to pomeni, da je sprememba temperature vode 20 stopinj Celzija.
6. 6 Pomnožite telesno težo, njeno specifično toploto in spremembo telesne temperature. Formula: H = mcΔT, kjer je ΔT sprememba temperature. V našem primeru: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • Toploto včasih merimo v kalorijah ali kilokalorijah. Kalorije so količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija; kilokalorije je količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 kg vode za 1 stopinjo Celzija. V zgornjem primeru bi za dvig temperature 500 gramov vode za 20 stopinj Celzija potrebovali 10.000 kalorij ali 10 kcal.

Metoda 5 od 5: Izračun električne energije (J)

1. 1 To opisuje metodo za izračun pretoka energije v električnem vezju. Naveden je praktičen primer, na podlagi katerega je mogoče rešiti fizične težave. Za začetek izračunajmo moč po formuli P = I x R, kjer je I jakost toka (A), R upor (Ohm). Našli boste moč (W), s katero lahko izračunate energijo (J) (glejte drugo poglavje).
2. 2 Vzemite upor. Vrednost upora (ohm) upora je označena s številko ali barvno označeno oznako. Upor upora lahko določite tudi tako, da ga priključite na ohmmeter ali multimeter. Vzemimo na primer 10 ohmski upor.
3. 3 Upor priključite na trenutni vir. Če želite to narediti, uporabite krokodilske sponke ali poskusno stojalo z električnim vezjem.
4. 4 Za določen čas prenesite tok skozi vezje. Na primer, to storite 10 sekund.
5. 5 Določite jakost toka. Če želite to narediti, uporabite ampermeter ali multimeter. Na primer, tok je 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Izračunajte moč (W) po formuli P = I x R. V našem primeru: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Pomnožite moč in čas za iskanje energije (J). V našem primeru: 0,1 (Š) x 10 (s) = 1 J.
   • Ker je 1 džul majhna vrednost, moč električnih aparatov pa je navedena v vatih, milivatih in kilovatih, v stanovanjskem in komunalnem sektorju se energija običajno meri v kilovatnih urah. Če je 1 W = 1 J / s, potem 1 J = 1 W ∙ s; če je 1 kW = 1 kJ / s, potem 1 kJ = 1 kW ∙ s. Ker je 1 h = 3600 s, potem 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Nasveti

• V SI energijo in delo merimo tudi v ergih. 1 erg = 1 dine (merska enota sile) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Opozorila

• Joule in newton meter sta merski enoti za delo. Joules meri energijo in delo, ki se opravi, ko se telo premika po ravni črti. Če se telo vrti, je merska enota newton-meter.

Kaj potrebujete

Delo in kinetična energija:

• Štoparica ali časovnik
• luske
• Kalkulator kosinusa

Električna energija:

• Upor
• Žice ali eksperimentalno stojalo
• Multimeter (ali ohmmeter in ampermeter)
• Posnetki iz krokodila

Količina toplote:

• Ogrevano telo
• Vir toplote (npr. Gorilnik)
• Termometer
• Priročnik za določanje specifične toplote segretega telesa