Sadržaj

• Kročiti
• Metoda 1 od 4: Izračunavanje rada u džulima
• Metoda 2 od 4: Izračun kinetičke energije u džulima
• Metoda 3 od 4: Izračunavanje Joula kao električne energije
• Metoda 4 od 4: Izračunavanje topline u džulima
• Savjeti
• Upozorenja
• Potrebe

Joule (J), nazvan po engleskom fizičaru Jamesu Edwardu Jouleu, jedna je od najvažnijih jedinica Međunarodnog metričkog sustava. Joule se koristi kao jedinica rada, energije i topline i široko se koristi u znanosti. Ako želite da vaš odgovor bude u džulima, uvijek upotrijebite standardne znanstvene jedinice.

Kročiti

Metoda 1 od 4: Izračunavanje rada u džulima

1. Definicija rada. Rad se definira kao konstantna sila koja djeluje na objekt kako bi se pomaknula na određenu udaljenost. Ako se ne primijeni više od jedne sile, može se izračunati kao vlast x udaljenost, a mogu se zapisati u jedinicama džula (što odgovara "Newton metru"). U našem prvom primjeru uzimamo osobu koja želi dodati uteg od poda do visine prsa i izračunavamo koliko je ta osoba obavila posla.
   • Sila se mora primijeniti u smjeru kretanja. Kada držite predmet i hodate prema naprijed, na njemu se ne radi, jer ne gurate predmet u smjeru njegova kretanja.
2. Odredite masu predmeta koji se premješta. Masa predmeta potrebna je za izračunavanje sile potrebne za njegovo pomicanje. U našem primjeru navodimo da težina ima masu od 10 kg.
   • Ne koristite kilograme ili druge jedinice koje nisu standardne, jer konačni odgovor neće biti u džulima.
3. Izračunaj silu. Sila = masa x ubrzanje. U našem primjeru, dižući teg ravno prema gore, ubrzanje koje pokušavamo svladati jednako je gravitaciji, 9,8 m / s prema dolje. Izračunajte silu potrebnu za podizanje utega koristeći (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Njutna (N).
   • Ako se objekt pomiče vodoravno, tada gravitacija nije bitna. Umjesto toga, problem može zatražiti da izračunate silu potrebnu za prevladavanje otpora trenja. Ako mu se zada kolika je akceleracija predmeta kada se gura, tada možete pomnožiti zadano ubrzanje s masom.
4. Izmjerite udaljenost kojom se objekt premješta. U ovom primjeru pretpostavljamo da se teg podiže 1,5 metra (m). Udaljenost se mora mjeriti u metrima, inače se konačni odgovor ne može zabilježiti u džulima.
5. Pomnožite silu s udaljenošću. Da biste podigli uteg od 98 Njutna s 1,5 metra, morat ćete odraditi 98 x 1,5 = 147 džula.
6. Izračunajte rad predmeta koji se kreću pod kutom. Naš gornji primjer bio je jednostavan: netko je na objekt primijenio silu prema gore, a objekt se popeo. Ponekad smjer sile i kretanje predmeta nisu potpuno isti, jer na objekt djeluje više sila. U sljedećem ćemo primjeru izračunati koliko Joulea je potrebno da se sanke vuku 25 metara kroz snijeg povlačenjem konopa pričvršćenog za saonu pod kutom od 30º u odnosu na vodoravnu smjeru. Vrijedi sljedeće: rad = sila x cos (θ) x udaljenost. "Simbol" je grčko slovo "theta" i predstavlja kut između smjera sile i smjera kretanja.
7. Odredite ukupnu primijenjenu silu. U ovom problemu kažemo da netko vuče uže snagom od 10 Njutna.
   • Ako je sila "udesno", "gore" ili "u smjeru kretanja" već dana, "sila x cos (") "izračunava se i možete nastaviti s množenjem vrijednosti.
8. Izračunaj odgovarajuću silu. Samo dio sile vuče kočiju naprijed. Budući da je uže pod kutom, preostala sila pokušava podići kočiju prema gore, suprotstavljajući se gravitaciji. Izračunajte silu u smjeru kretanja:
   • U našem primjeru kut θ između tla i užeta iznosi 30º.
   • Izračunajte cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = približno 0,866. Pomoću kalkulatora možete pronaći ovu vrijednost, ali pripazite da kalkulator koristi ispravnu jedinicu kao ona u kojoj je naveden kut (stupnjevi ili radijani).
   • Pomnožite ukupnu silu x cos (θ). U našem primjeru, 10N x 0,866 = 8,66 N u smjeru kretanja.
9. Pomnožite silu x udaljenost. Sad kad znamo kolika se sila primjenjuje u smjeru kretanja, možemo izračunati rad kao i obično. Naš problem nam govori da je kočija odvučena 20 metara naprijed, pa izračunavamo 8,66 N x 20 m = 173,2 džula posla.

Metoda 2 od 4: Izračun kinetičke energije u džulima

1. Razumjeti neku kinetičku energiju. Kinetička energija je količina energije u obliku kretanja. Kao i svaki oblik energije, može se izraziti u Joulesima.
   • Kinetička energija jednaka je količini obavljenog rada na ubrzanju nepokretnog objekta do određene brzine. Jednom kada se postigne ta brzina, objekt zadržava tu količinu kinetičke energije sve dok se ta energija ne pretvori u toplinu (trenjem), gravitacijsku energiju (odlaskom protiv gravitacije) ili druge vrste energije.
2. Odrediti masu predmeta. Primjerice, možemo izmjeriti kinetičku energiju bicikla i biciklista. Pretpostavimo da biciklist ima masu 50 kg, a bicikl 20 kg. To zbraja ukupnu masu m od 70 kg. Sada ih možemo zajedno tretirati kao 1 predmet od 70 kg, jer se zajedno kreću istom brzinom.
3. Izračunaj brzinu. Ako već znate brzinu bicikla ili vektorsku brzinu, zapišite je i krenite dalje. Ako to još uvijek trebate izračunati, upotrijebite jednu od dolje navedenih metoda. To se odnosi na brzinu, a ne na vektorsku brzinu (koja je brzina u određenom smjeru), iako je slovo često v koristi se za brzinu. Zanemarite sve zavoje koje biciklist napravi i pretvarajte se da je cijela udaljenost u ravnoj liniji.
   • Ako se biciklista kreće konstantnom brzinom (bez ubrzanja), izmjerite udaljenost koju je biciklist priješao i podijelite s brojem sekundi koje je trebalo da pređe tu udaljenost. Ovo izračunava prosječnu brzinu koja je u ovom scenariju jednaka brzini u bilo kojem trenutku.
   • Ako se biciklista kreće stalnim ubrzanjem i ne mijenja smjer, izračunajte njegovu brzinu u tom trenutku t s formulom 'brzina (vrijeme t) = (ubrzanje) (t) + početna brzina. Vrijeme je u sekundama, brzina u metrima / sekundi, a ubrzanje u m / s.
4. U sljedeću formulu unesite sljedeće brojeve. Kinetička energija = (1/2)m "v. Na primjer, ako se biciklista kreće brzinom od 15 m / s, tada mu je kinetička energija K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton metara = 7875 džula.
   • Formula za kinetičku energiju može se izvesti iz definicije rada, W = FΔs, i jednadžbe v = v₀ + 2aΔs. Δs se odnosi na "pomak" ili također prijeđenu udaljenost.

Metoda 3 od 4: Izračunavanje Joula kao električne energije

1. Izračunajte energiju koristeći snagu x vrijeme. Snaga se definira kao potrošena energija u jedinici vremena, tako da potrošnju energije možemo izračunati snagom pomnoženom s jedinicom vremena. To je korisno pri mjerenju snage u vatima, jer 1 vata = 1 džul / sekundu. Da biste saznali koliko energije koristi 60W žarulja sa žarnom niti u 120 sekundi, pomnožite sljedeće: (60 W) x (120 sekundi) = 7200 džula.
   • Ova se formula može koristiti za bilo koju vrstu snage koja se mjeri u vatima, ali najočitija je električna energija.
2. Koristite korake u nastavku za izračun protoka energije u električnom krugu. Sljedeći koraci navedeni su kao praktični primjer, ali ovu metodu možete koristiti i za razumijevanje teorijskih problema iz fizike. Prvo izračunavamo snagu P pomoću formule P = I x R, gdje je I struja u amperima, a R otpor u ohmima. Te nam jedinice daju snagu u vatima, pa od ovog trenutka možemo primijeniti formulu koja je korištena u prethodnom koraku za izračunavanje energije u džulima.
3. Odaberite otpornik. Otpornici su označeni u ohima, a vrijednost im je naznačena izravno na otporniku ili nizom obojenih prstenova. Otpor možete testirati i ohmmetrom ili multimetrom. U ovom primjeru pretpostavljamo da otpor koji koristimo iznosi 10 ohma.
4. Spojite otpornik na izvor energije (baterija). Za to upotrijebite stezaljke ili stavite otpor u ispitni krug.
5. Neka kroz njega teče struja određeno vrijeme. U ovom primjeru uzimamo 10 sekundi kao vremensku jedinicu.
6. Izmjerite jakost struje. To radite s mjeračem protoka ili multimetrom. Većina struje u kućanstvu je u miliamperima, pa pretpostavljamo da je struja 100 miliampera ili 0,1 ampera.
7. Upotrijebite formulu P = I x R. Da biste pronašli snagu, pomnožite kvadratnu snagu struje s otporom. To vam daje snagu ovog kruga u vatima. Kvadrat 0,1 daje 0,01. Pomnožite to s 10 i dobit ćete izlaznu snagu od 0,1 vata ili 100 milivata.
8. Pomnožite snagu s proteklim vremenom. To osigurava energiju u džulima. 0,1 vata x 10 sekundi jednako je 1 džula električne energije.
   • Budući da je Joule mala jedinica, a budući da se potrošnja energije uređaja prikazuje u vatima, milivatima i kilovatima, često je prikladnije izračunati broj kWh (kilovat sati) koji uređaj potroši. 1 vata jednak je 1 džula u sekundi ili 1 džul jednak je 1 vatu sekunde; jedan kilovat jednak je 1 kilodžulu u sekundi, a jedan kilodžul jednak 1 kilovatoulu. U satu ima 3.600 sekundi, pa je 1 kilovat-sat jednak 3.600 kilovat-sekundi, 3.600 kilodžula ili 3.600.000 džula.

Metoda 4 od 4: Izračunavanje topline u džulima

1. Odredite masu predmeta kojem se dodaje toplina. Za to upotrijebite vagu ili vagu. Ako je predmet tekućina, najprije izvažite praznu posudu u koju će tekućina ući. Morat ćete to oduzeti od mase spremnika i tekućine kako biste pronašli masu tekućine. U ovom primjeru pretpostavljamo da je objekt 500 grama vode.
   • Upotrijebite grame, a ne drugu jedinicu, inače se rezultat neće dati u džulima.
2. Odredite specifičnu toplinu predmeta. Te se informacije mogu naći u priručnicima za kemiju binas, ali možete ih pronaći i na mreži. Ovo je specifična toplina za vodu c jednako je 4,19 džula po gramu za svaki Celzijev stupanj - ili 4,1855, ako želite biti vrlo precizni.
   • Specifična toplina neznatno varira ovisno o temperaturi i tlaku. Različite organizacije i udžbenici koriste različite "standardne temperature", tako da za specifičnu toplinu vode možete pronaći čak 4.179.
   • Također možete koristiti Kelvin umjesto Celzijusa, jer je 1 stupanj jednak za oba jela (zagrijavanje nečega s 3 ° C jednako je kao i s 3 Kelvina). Nemojte koristiti Fahrenheit ili se rezultat neće dati u džulima.
3. Odredite trenutnu temperaturu predmeta. Ako je predmet tekućina, možete koristiti obični (živin) termometar. Za ostale predmete možda će vam trebati termometar sa sondom.
4. Zagrijte predmet i ponovno izmjerite temperaturu. To vam omogućuje mjerenje količine topline koja je dodana predmetu tijekom zagrijavanja.
   • Ako želite znati ukupnu količinu energije pohranjene u obliku topline, možete se pretvarati da je početna temperatura bila apsolutna nula: 0 Kelvina ili -273,15 ° C.
5. Oduzmite izvornu temperaturu od temperature nakon zagrijavanja. To daje rezultat promjenu temperature predmeta. Pod pretpostavkom da je voda u početku bila 15 Celzijevih stupnjeva, a nakon zagrijavanja 35 Celzijevih, promjena temperature je prema tome 20 Celzijevih stupnjeva.
6. Pomnožite masu predmeta sa specifičnom toplinom i promjenom temperature. Ovu formulu zapisujete kao H =mcΔT., gdje ΔT predstavlja "promjenu temperature". U ovom primjeru ovo postaje 500 g x 4,19 x 20 = 41 900 džula.
   • Toplina se općenito izražava u kalorijama ili kilokalorijama. Kalorija se definira kao količina topline potrebna da se 1 gram vode povisi za 1 stupanj Celzija, dok je kilokalorija (ili kalorija) količina topline potrebna za povišenje temperature od 1 kilograma vode za 1 Celzijev stupanj ... U gornjem primjeru za podizanje temperature od 500 grama vode za 20 Celzijevih stupnjeva potrebno je 10.000 kalorija ili 10 kilokalorija.

Savjeti

• S džulom je povezana još jedna jedinica rada i energije koja se naziva erg; 1 erg jednak je 1 dinskoj sili pomnoženoj s udaljenostom od 1 cm. Jedan džul jednak je 10.000.000 erg.

Upozorenja

• Iako se izrazi "džul" i "njuton metar" odnose na istu jedinicu, u praksi se "džul" koristi za označavanje bilo kojeg oblika energije i za rad koji se izvodi u ravnoj liniji, kao u primjeru penjanja stepenicama gore. Kad se koristi za izračunavanje zakretnog momenta (sile na rotirajući objekt), više volimo izraz "newton meter".

Potrebe

Izračunavanje rada ili kinetičke energije:

• Štoperica ili tajmer
• Vaga ili ravnoteža
• Kalkulator s kosinus funkcijom (samo za rad, nije uvijek potreban)

Izračun električne energije:

• Otpornost
• Žice ili ispitna ploča
• Multimetar (ili ohmmetar i mjerač struje)
• Fahnestock ili aligatorske kopče

Toplina:

• Predmet za zagrijavanje
• Izvor topline (poput Bunsenovog plamenika)
• Termometar (tečni termometar ili termometar sa sondom)
• Referenca o kemiji / kemiji (za pronalaženje specifične topline predmeta koji se zagrijava)