Съдържание

• Стъпвам
• Метод 1 от 4: Изчисляване на работата в джаули
• Метод 2 от 4: Изчисляване на кинетичната енергия в джаули
• Метод 3 от 4: Изчисляване на джаула като електрическа енергия
• Метод 4 от 4: Изчисляване на топлината в джаули
• Съвети
• Предупреждения
• Необходимост

Джоулът (J), кръстен на английския физик Джеймс Едуард Джоул, е една от най-важните единици на Международната метрична система. Джоулът се използва като единица за работа, енергия и топлина и се използва широко в науката. Ако искате отговорът ви да бъде в джаули, винаги използвайте стандартните научни единици.

Стъпвам

Метод 1 от 4: Изчисляване на работата в джаули

1. Определението за труд. Работата се дефинира като постоянна сила, приложена към обект, за да се премести на определено разстояние. Ако се приложи не повече от една сила, тя може да бъде изчислена като мощност х разстояние, и може да се запише в единици джаули (еквивалентно на "нютон метър"). В първия ни пример вземаме човек, който иска да добави тежест от пода до височината на гърдите, и изчисляваме колко работа е свършил този човек.
   • Силата трябва да се прилага по посока на движението. Когато държите обект и вървите напред, не се работи по обекта, защото не бутате обекта по посока на неговото движение.
2. Определете масата на обекта, който се премества. Масата на даден обект е необходима за изчисляване на силата, необходима за неговото преместване. В нашия пример заявяваме, че теглото има маса 10 кг.
   • Не използвайте лири или други единици, които не са стандартни, или крайният отговор няма да бъде в джаули.
3. Изчислете силата. Сила = маса х ускорение. В нашия пример, вдигайки тежест право нагоре, ускорението, което се опитваме да преодолеем, е равно на гравитацията, 9,8 m / s надолу. Изчислете силата, необходима за повдигане на тежестта, като използвате (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 нютона (N).
   • Ако обектът се движи хоризонтално, гравитацията е без значение. Вместо това проблемът може да ви подкани да изчислите силата, необходима за преодоляване на съпротивлението на триене. Ако му е дадено какво е ускорението на обекта, когато е натиснат, тогава можете да умножите даденото ускорение по масата.
4. Измерете разстоянието, което обектът се премества. В този пример предполагаме, че тежестта се вдига на 1,5 метра (m). Разстоянието трябва да бъде измерено в метри, в противен случай окончателният отговор не може да бъде записан в джаули.
5. Умножете силата по разстоянието. За да вдигнете тежест от 98 нютона 1,5 метра, ще трябва да направите 98 х 1,5 = 147 джаула работа.
6. Изчислете труда за предмети, които се движат под ъгъл. Нашият пример по-горе беше прост: някой приложи възходяща сила върху обекта и обектът се изкачи. Понякога посоката на силата и движението на обекта не са съвсем еднакви, тъй като върху обекта действат множество сили. В следващия пример ще изчислим колко джаула са необходими, за да влачим шейна на 25 метра през снега, като издърпваме въже, прикрепено към шейната под ъгъл 30º спрямо хоризонталата. Важи следното: работа = сила x cos (θ) x разстояние. „Символът“ е гръцката буква „тета“ и представлява ъгъла между посоката на сила и посоката на движение.
7. Определете общата приложена сила. В този проблем казваме, че някой дърпа въжето със сила от 10 нютона.
   • Ако вече е дадена сила "надясно", "нагоре" или "по посока на движението", "force x cos (") "е изчислена и можете да продължите да умножавате стойностите.
8. Изчислете съответната сила. Само част от силата дърпа каретата напред. Тъй като въжето е нагоре под ъгъл, останалата сила се опитва да повдигне каретата нагоре, противодействайки на гравитацията. Изчислете силата по посока на движението:
   • В нашия пример ъгълът θ между земята и въжето е 30º.
   • Изчислете cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = приблизително 0,866. Можете да използвате калкулатор, за да намерите тази стойност, но се уверете, че вашият калкулатор използва правилната единица като тази, в която е посочен ъгълът (градуси или радиани).
   • Умножете общата сила x cos (θ). В нашия пример 10N x 0.866 = 8.66 N по посока на движението.
9. Умножете сила х разстояние. Сега, когато знаем колко сила се прилага в посоката на движението, можем да изчислим работата както обикновено. Нашият проблем ни казва, че каретата е теглена на 20 метра напред, така че изчисляваме 8,66 N x 20 m = 173,2 джаула работа.

Метод 2 от 4: Изчисляване на кинетичната енергия в джаули

1. Разберете малко кинетична енергия. Кинетичната енергия е количеството енергия под формата на движение. Както при всяка форма на енергия, тя може да бъде изразена в джаули.
   • Кинетичната енергия е равна на количеството извършена работа за ускоряване на неподвижен обект до определена скорост. След като тази скорост бъде достигната, обектът запазва това количество кинетична енергия, докато тази енергия се преобразува в топлина (чрез триене), гравитационна енергия (чрез протичане на гравитацията) или други видове енергия.
2. Определете масата на обекта. Например можем да измерим кинетичната енергия на велосипед и велосипедист. Да предположим, че велосипедистът има маса 50 кг, а велосипедът - 20 кг. Това добавя към общата маса м от 70 кг. Вече можем да ги третираме заедно като 1 обект от 70 кг, защото те се движат заедно със същата скорост.
3. Изчислете скоростта. Ако вече знаете скоростта на велосипедиста или скоростта на вектора, запишете го и продължете напред. Ако все пак трябва да изчислите това, използвайте един от методите по-долу. Това се отнася до скоростта, а не до скоростта на вектора (която е скоростта в определена посока), въпреки че буквата често е v използва се за скорост. Игнорирайте всички завои, които велосипедистът прави, и се преструвайте, че цялото разстояние е в права линия.
   • Ако велосипедистът се движи с постоянна скорост (без ускорение), измерете изминатото разстояние, което велосипедистът е изминал, и разделете на броя секунди, необходими за изминаване на това разстояние. Това изчислява средната скорост, която в този сценарий е същата като скоростта във всеки един момент.
   • Ако велосипедистът се движи с постоянно ускорение и не променя посоката, изчислете скоростта му в момента T със скоростта на формулата ’(време t) = (ускорение) (T) + начална скорост. Времето е в секунди, скоростта в метри / секунда и ускорението в m / s.
4. Въведете следните числа в следната формула. Кинетична енергия = (1/2)м "v. Например, ако велосипедистът се движи със скорост 15 m / s, тогава неговата кинетична енергия е K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 нютонметра = 7875 джаула.
   • Формулата за кинетичната енергия може да бъде получена от дефиницията на работа, W = FΔs и уравнението v = v₀ + 2aΔs. Δs се отнася до "изместване" или също изминатото разстояние.

Метод 3 от 4: Изчисляване на джаула като електрическа енергия

1. Изчислете енергията, като използвате мощност x време. Мощността се определя като консумираната енергия за единица време, така че можем да изчислим консумираната енергия по мощността, умножена по единица време. Това е полезно при измерване на мощност във ватове, тъй като 1 ват = 1 джаул / секунда. За да разберете колко енергия използва 60W крушка с нажежаема жичка за 120 секунди, умножете следното: (60 вата) x (120 секунди) = 7200 джаула.
   • Тази формула може да се използва за всякакъв вид мощност, измерена във ватове, но най-очевидно е електричеството.
2. Използвайте стъпките по-долу, за да изчислите енергийния поток в електрическа верига. Стъпките по-долу са очертани като практически пример, но можете също да използвате този метод, за да разберете теоретичните физически проблеми. Първо, изчисляваме мощността P, използвайки формулата P = I x R, където I е токът в ампери, а R е съпротивлението в ома. Тези единици ни дават мощността във ватове, така че от този момент нататък можем да приложим формулата, използвана в предишната стъпка за изчисляване на енергията в джаули.
3. Изберете резистор. Резисторите са посочени в ома, като стойността им е посочена директно върху резистора или е обозначена с поредица от цветни пръстени. Можете също да тествате съпротивление с омметър или мултицет. В този пример приемаме, че съпротивлението, което използваме, е 10 ома.
4. Свържете резистора към източник на енергия (батерия). Използвайте скоби за това или поставете резистора в тестова верига.
5. Оставете ток да тече през него за определен период от време. В този пример вземаме 10 секунди като единица време.
6. Измерете силата на тока. Правите това с разходомер или мултицет. Повечето битови токове са в милиампера, така че предполагаме, че токът е 100 милиампера или 0,1 ампера.
7. Използвайте формулата P = I x R. Сега, за да намерите мощността, умножавате квадратната мощност на тока по съпротивлението. Това ви дава мощността на тази верига във ватове. Квадратът 0,1 дава 0,01. Умножете това по 10 и ще получите изходна мощност от 0,1 вата или 100 миливата.
8. Умножете мощността по изминалото време. Това осигурява енергията в джаули. 0,1 вата х 10 секунди се равнява на 1 джаул електрическа енергия.
   • Тъй като джаулът е малка единица и тъй като консумацията на енергия на уредите обикновено се посочва във ватове, миливати и киловати, често е по-удобно да се изчисли броят на kWh (киловатчас), консумиран от дадено устройство. 1 ват е равен на 1 джаул в секунда, или 1 джаул е равен на 1 ват секунда; един киловат е равен на 1 килоджаул в секунда и един килоджаул е равен на 1 киловат секунда. Има 3600 секунди за час, така че 1 киловатчас е равен на 3 600 киловат секунди, 3 600 килоджаула или 3 600 000 джаула.

Метод 4 от 4: Изчисляване на топлината в джаули

1. Определете масата на обекта, към който се добавя топлина. За това използвайте везна или везни. Ако обектът е течност, първо претеглете празния съд, в който ще влезе течността. Ще трябва да извадите това от масата на контейнера и течността заедно, за да намерите масата на течността. В този пример приемаме, че обектът е 500 грама вода.
   • Използвайте грамове, а не друга единица, в противен случай резултатът няма да бъде даден в джаули.
2. Определете специфичната топлина на обекта. Тази информация може да бъде намерена в справочниците по химия на binas, но можете да я намерите и онлайн. Това е специфичната топлина за водата ° С е равно на 4.19 джаула на грам за всяка степен по Целзий - или 4.1855, ако искате да бъдете много точни.
   • Специфичната топлина варира леко в зависимост от температурата и налягането. Различните организации и учебници използват различни „стандартни температури“, така че може да намерите до 4 179 за специфичната топлина на водата.
   • Можете също така да използвате Келвин вместо Целзий, защото 1 градус е еднакъв и за двата съда (нагряването на нещо с 3 ° С е същото като при 3 Келвина). Не използвайте Фаренхайт или резултатът няма да бъде даден в джаули.
3. Определете текущата температура на обекта. Ако обектът е течност, можете да използвате обикновен (живачен) термометър. За други предмети може да ви е необходим термометър със сонда.
4. Загрейте обекта и отново измерете температурата. Това ви позволява да измервате количеството топлина, добавено към даден обект по време на нагряване.
   • Ако искате да знаете общото количество енергия, съхранявана под формата на топлина, можете да се преструвате, че първоначалната температура е била абсолютна нула: 0 Келвина или -273,15 ° C.
5. Извадете първоначалната температура от температурата след нагряване. Това дава резултат промяната в температурата на обекта. Ако приемем, че водата първоначално е била 15 градуса по Целзий и след нагряване е била 35 градуса по Целзий, следователно промяната в температурата е 20 градуса по Целзий.
6. Умножете масата на обекта по специфичната топлина и изменението на температурата. Пишете тази формула като H =mcΔT., където ΔT представлява „промяната в температурата“. В този пример това става 500 g x 4,19 x 20 = 41 900 джаула.
   • Топлината обикновено се изразява в калории или килокалории. Калорията се определя като количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий, докато килокалория (или калория) е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 килограм вода с 1 градус по Целзий ... В горния пример повишаването на температурата на 500 грама вода с 20 градуса по Целзий изисква 10 000 калории или 10 килокалории.

Съвети

• С джаула е свързана друга единица работа и енергия, наречена ерг; 1 ерг се равнява на 1 сила на дина, умножено по разстояние от 1 cm. Един джаул е равен на 10 000 000 ерг.

Предупреждения

• Въпреки че термините "джаул" и "нютон метър" се отнасят до една и съща единица, на практика "джаулът" се използва за обозначаване на всяка форма на енергия и за работа, извършена по права линия, както в примера за изкачване на стълби по-горе. Когато се използва за изчисляване на въртящия момент (сила върху въртящ се обект), ние предпочитаме термина „нютонов метър“.

Необходимост

Изчисляване на работата или кинетичната енергия:

• Хронометър или таймер
• Везни или баланс
• Калкулатор с косинусова функция (само за работа, не винаги е необходимо)

Изчисляване на електрическата енергия:

• Съпротива
• Кабели или тестова платка
• Мултиметър (или омметър и токомер)
• Клипове Fahnestock или алигатор

Топлина:

• Обект за отопление
• Източник на топлина (като горелка на Бунзен)
• Термометър (течен термометър или термометър със сонда)
• Химия / справка по химия (за намиране на специфичната топлина на обекта, който се нагрява)