Как да се изчислят джаули

Видео: Joe Dassin - Et si tu n’existais pas

Съдържание

Стъпки
Метод 1 от 5: Изчисляване на работата (J)
Метод 2 от 5: Изчислете енергията (J) от дадена мощност (W)
Метод 3 от 5: Изчисляване на кинетичната енергия (J)
Метод 4 от 5: Изчисляване на количеството топлина (J)
Метод 5 от 5: Изчисляване на електрическата енергия (J)
Съвети
Предупреждения
Какво ти е необходимо

Джоулът (J) е една от най -важните единици в Международната система от единици (SI). Джоулите измерват работата, енергията и топлината. За да представите крайния резултат в джаули, използвайте единици SI.Ако в задачата са посочени други мерни единици, преобразувайте ги в мерни единици от Международната система от единици.

Стъпки

Метод 1 от 5: Изчисляване на работата (J)

1 Понятието за работа във физиката. Ако преместите кутията, значи ще свършите работата. Ако повдигнете кутията, значи сте свършили работата. За да се извърши работата, трябва да бъдат изпълнени две условия:
- Прилагате постоянна сила.
- Под действието на приложената сила тялото се движи по посока на действието на силата.
2 Изчислете работата. За да направите това, умножете силата и разстоянието (с което тялото се движи). В SI силата се измерва в нютони, а разстоянието в метри. Ако използвате тези единици, получената работа ще бъде измерена в джаули.
- Когато решавате задачи, определете посоката на приложената сила. При повдигане на кутията силата е насочена отдолу нагоре, но ако вземете кутията в ръцете си и извървите определено разстояние, тогава няма да свършите работата - прилагате сила, така че кутията да не падне, а тази сила не премества кутията.
3 Намерете телесното си тегло. Необходимо е да се изчисли силата, която трябва да се приложи за придвижване на тялото. Помислете за пример: изчислете работата, извършена от спортист, когато вдигате (от пода до гърдите) щанга с тегло 10 кг.
- Ако проблемът съдържа нестандартни мерни единици, преобразувайте ги в единици SI.
4 Изчислете силата. Сила = маса х ускорение. В нашия пример вземаме предвид ускорението на гравитацията, което е равно на 9,8 m / s. Силата, която трябва да се приложи за преместване на щангата нагоре, е 10 (kg) x 9.8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Ако тялото се движи в хоризонтална равнина, игнорирайте ускорението поради гравитацията. Може би задачата ще изисква изчисляване на силата, необходима за преодоляване на триенето. Ако в задачата е дадено ускорение, просто го умножете по дадената телесна маса.
5 Измерете изминатото разстояние. В нашия пример, нека кажем, че лентата е повдигната на височина 1,5 м. (Ако в задачата са дадени нестандартни мерни единици, преобразувайте ги в SI единици.)
6 Умножете силата по разстояние. За да повдигне щанга с тегло 10 кг на височина 1,5 м, спортистът ще изпълни работа равна на 98 х 1,5 = 147 Дж.
7 Изчислете работата, когато силата е насочена под ъгъл. Предишният пример беше съвсем прост: посоките на сила и движение на тялото съвпаднаха. Но в някои случаи силата е насочена под ъгъл спрямо посоката на движение. Помислете за пример: изчислете работата, извършена от дете, което дърпа шейна 25 м с въже, което е на 30 градуса от хоризонталата. В този случай работа = сила x косинус (θ) x разстояние. Ъгълът θ е ъгълът между посоката на силата и посоката на движение.
8 Намерете общата приложена сила. В нашия пример, нека кажем, че детето прилага сила, равна на 10 N.
- Ако проблемът казва, че силата е насочена нагоре или надясно / наляво, или нейната посока съвпада с посоката на движение на тялото, тогава за да се изчисли работата, просто умножете силата и разстоянието.
9 Изчислете съответната сила. В нашия пример само част от общата сила дърпа шейната напред. Тъй като въжето е насочено нагоре (под ъгъл спрямо хоризонталата), друга част от общата сила се опитва да повдигне шейната. Следователно, изчислете силата, чиято посока съвпада с посоката на движение.
- В нашия пример ъгълът θ (между земята и въжето) е 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Намерете тази стойност с помощта на калкулатор; задайте единицата за ъгъл в калкулатора на градуси.
- Умножете общата сила по cosθ. В нашия пример: 10 x 0,866 = 8,66 N - това е сила, чиято посока съвпада с посоката на движение.
10 Умножете съответната сила по разстояние, за да изчислите работата. В нашия пример: 8.66 (H) x 20 (m) = 173.2 J.

Метод 2 от 5: Изчислете енергията (J) от дадена мощност (W)

1 Сила и енергия. Мощността се измерва във ватове (W) и описва скоростта на промяна, преобразуване, предаване или консумация на енергия, която се измерва в джаули (J).За да изчислите енергията (J) за дадена мощност (W), трябва да знаете продължителността на времето.
2 За да се изчисли енергията (J), умножете мощността (W) по време (s). Устройство с мощност 1 W консумира 1 J енергия за всеки 1 s. Например, нека изчислим енергията, консумирана от 60 W крушка за 120 секунди: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Тази формула е вярна за всяка мощност, измерена във ватове, но най -често се използва при задачи, свързани с електричество.

Метод 3 от 5: Изчисляване на кинетичната енергия (J)

1 Кинетичната енергия е енергията на движение. Може да се изрази в джаули (J).
- Кинетичната енергия е еквивалентна на работата, извършена за ускоряване на неподвижно тяло до определена скорост. Достигайки определена скорост, кинетичната енергия на тялото остава постоянна, докато не се превърне в топлина (от триене), гравитационна потенциална енергия (при движение срещу гравитацията) или други видове енергия.
2 Намерете телесното си тегло. Например, изчислете кинетичната енергия на велосипед и колоездач. Велосипедистът тежи 50 кг, а велосипедът тежи 20 кг, което означава, че общото телесно тегло е 70 кг (считайте мотора и велосипедиста за едно тяло, тъй като те ще се движат в една и съща посока и със същата скорост).
3 Изчислете скоростта. Ако в проблема е дадена скорост, преминете към следващата стъпка; в противен случай го изчислете, като използвате един от методите по -долу. Обърнете внимание, че посоката на скоростта тук е пренебрежимо малка; освен това, да предположим, че колоездачът се движи по права линия.
- Ако колоездачът караше с постоянна скорост (без ускорение), измерете изминатото разстояние (m) и го разделете на времето (ите), необходимо за изминаване на това разстояние. Това ще ви даде средна скорост.
- Ако колоездачът ускорява, а стойността на ускорението и посоката на движение не се променят, тогава скоростта в даден момент t се изчислява по формулата: ускорение x t + начална скорост. Времето се измерва в секунди, скорост в m / s, ускорение в m / s.
4 Включете стойностите във формулата. Кинетична енергия = (1/2) mv, където m е маса, v е скорост. Например, ако скоростта на велосипедист е 15 m / s, тогава неговата кинетична енергия 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
- Формулата за изчисляване на кинетичната енергия се извлича от определението за работа (W = FΔs) и кинематичното уравнение (v = v₀ + 2aΔs, където Δs е изминатото разстояние).

Метод 4 от 5: Изчисляване на количеството топлина (J)

1 Намерете масата на нагрятото тяло. За да направите това, използвайте везна или пружинна везна. Ако тялото е течност, първо претеглете празния съд (в който ще излеете течността), за да намерите масата му. След претегляне на течността, извадете масата на празния контейнер от тази стойност, за да намерите масата на течността. Например, помислете за вода с тегло 500 g.
- За да се измери резултатът в джаули, масата трябва да бъде измерена в грамове.
2 Намерете специфичната топлина на тялото. Може да се намери в учебник по химия, физика или в интернет. Специфичният топлинен капацитет на водата е 4,19 J / g.
- Специфичната топлина варира леко с температурата и налягането. Например, в някои източници специфичният топлинен капацитет на водата е 4,18 J / g (тъй като различните източници избират различни стойности на "референтната температура").
- Температурата може да бъде измерена в градуси по Келвин или по Целзий (тъй като разликата между двете температури ще бъде една и съща), но не и в градуси по Фаренхайт.
3 Намерете началната си телесна температура. Ако тялото е течно, използвайте термометър.
4 Загрейте тялото и намерете крайната му температура. По този начин можете да намерите количеството топлина, предавано на тялото при нагряване.
- Ако искате да намерите общата енергия, преобразувана в топлина, считайте първоначалната телесна температура за абсолютна нула (0 Келвин или -273,15 Целзий). Това обикновено не важи.
5 Извадете началната телесна температура от крайната температура, за да намерите промяната в телесната температура. Например водата се нагрява от 15 градуса по Целзий до 35 градуса по Целзий, тоест промяната в температурата на водата е 20 градуса по Целзий.
6 Умножете телесното тегло, неговата специфична топлина и промяната на телесната температура. Формула: H = mcΔT, където ΔT е промяната в температурата. В нашия пример: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Топлината понякога се измерва в калории или килокалории. Калориите са количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий; килокалории е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 кг вода с 1 градус по Целзий. В горния пример ще са необходими 10 000 калории или 10 kcal, за да се повиши температурата на 500 грама вода с 20 градуса по Целзий.

Метод 5 от 5: Изчисляване на електрическата енергия (J)

1 Това описва метод за изчисляване на потока енергия в електрическа верига. Даден е практически пример, въз основа на който човек може да реши физически проблеми. Като начало, нека изчислим мощността по формулата P = I x R, където I е силата на тока (A), R е съпротивлението (Ohm). Ще намерите мощността (W), с която можете да изчислите енергията (J) (вижте втора глава).
2 Вземете резистор. Стойността на съпротивлението (ом) на резистора се обозначава с цифра или маркирана с цвят. Можете също така да определите съпротивлението на резистора, като го свържете към омметър или мултицет. Да вземем например резистор от 10 ома.
3 Свържете резистора към източника на ток. За да направите това, използвайте крокодилски щипки или експериментална стойка с електрическа верига.
4 Прекарайте ток през веригата за определено време. Например, направете това за 10 секунди.
5 Определете силата на тока. За да направите това, използвайте амперметър или мултицет. Например токът е 100 mA = 0,1 A.
6 Изчислете мощността (W), като използвате формулата P = I x R. В нашия пример: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Умножете мощността и времето за намиране на енергия (J). В нашия пример: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Тъй като 1 джаул е малка стойност, а мощността на електрическите уреди е посочена във ватове, миливати и киловати, в жилищния и комуналния сектор енергията обикновено се измерва в киловатчаси. Ако 1 W = 1 J / s, тогава 1 J = 1 W ∙ s; ако 1 kW = 1 kJ / s, тогава 1 kJ = 1 kW ∙ s. Тъй като 1 h = 3600 s, тогава 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Съвети

В SI енергията и работата също се измерват в ергове. 1 ерг = 1 дин (мерна единица за сила) x 1 см. 1 J = 10 000 000 ерг.

Предупреждения

Джаулът и нютономерът са мерни единици за работа. Джоули измерват енергията и работата, извършена, когато тялото се движи по права линия. Ако тялото се върти, мерната единица е нютон-метър.