Kako izračunati džule

Sadržaj

Koraci
Metoda 1 od 5: Izračunavanje rada (J)
Metoda 2 od 5: Izračunajte energiju (J) iz zadane snage (W)
Metoda 3 od 5: Izračun kinetičke energije (J)
Metoda 4 od 5: Izračun količine topline (J)
Metoda 5 od 5: Izračun električne energije (J)
Savjeti
Upozorenja
Što trebaš

Joule (J) jedna je od najvažnijih jedinica u Međunarodnom sustavu jedinica (SI). Joules mjere rad, energiju i toplinu. Za prikaz konačnog rezultata u džulima upotrijebite jedinice SI.Ako su u zadatku navedene druge mjerne jedinice, pretvorite ih u mjerne jedinice iz Međunarodnog sustava jedinica.

Koraci

Metoda 1 od 5: Izračunavanje rada (J)

1 Pojam rada u fizici. Ako pomaknete kutiju, posao ćete obaviti. Ako podignete kutiju, onda ste obavili posao. Da bi posao bio obavljen moraju biti ispunjena dva uvjeta:
- Primjenjujete stalnu silu.
- Pod djelovanjem primijenjene sile tijelo se pomiče u smjeru djelovanja sile.
2 Izračunajte rad. Da biste to učinili, pomnožite silu i udaljenost (za koju se tijelo kretalo). U SI se sila mjeri u newtonima, a udaljenost u metrima. Ako koristite ove jedinice, rezultat će se mjeriti u džulima.
- Prilikom rješavanja problema odredite smjer primijenjene sile. Prilikom podizanja kutije sila je usmjerena odozdo prema gore, ali ako kutiju uzmete u ruke i prijeđete određenu udaljenost, tada nećete obaviti posao - primjenjujete silu kako kutija ne bi pala, već ova sila ne pomiče kutiju.
3 Pronađite svoju tjelesnu težinu. Potrebno je izračunati silu koju je potrebno primijeniti za pomicanje tijela. Razmotrimo primjer: izračunajte rad sportaša pri podizanju (od poda do prsa) šipke teške 10 kg.
- Ako problem sadrži nestandardne mjerne jedinice, pretvorite ih u SI jedinice.
4 Izračunajte snagu. Sila = masa x ubrzanje. U našem primjeru uzimamo u obzir ubrzanje gravitacije koje je jednako 9,8 m / s. Sila koju je potrebno primijeniti za pomicanje šipke prema gore je 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Ako se tijelo kreće u vodoravnoj ravnini, zanemarite ubrzanje zbog gravitacije. Možda će zadatak zahtijevati izračunavanje sile potrebne za prevladavanje trenja. Ako je u zadatku zadano ubrzanje, jednostavno ga pomnožite s danom tjelesnom masom.
5 Izmjerite prijeđenu udaljenost. U našem primjeru, recimo da je šipka podignuta na visinu od 1,5 m. (Ako su u zadatku navedene nestandardne mjerne jedinice, pretvorite ih u SI jedinice.)
6 Pomnožite silu s udaljenošću. Kako bi podignuo mrenu tešku 10 kg na visinu od 1,5 m, sportaš će izvesti posao jednak 98 x 1,5 = 147 J.
7 Izračunajte rad kad je sila usmjerena pod kutom. Prethodni primjer bio je prilično jednostavan: smjerovi sile i kretanja tijela poklapali su se. No, u nekim slučajevima sila je usmjerena pod kutom prema smjeru vožnje. Razmotrimo primjer: izračunajte rad djeteta koje vuče saonice 25 m s užetom koje je 30 stupnjeva od horizontale. U ovom slučaju rad = sila x kosinus (θ) x udaljenost. Kut θ je kut između smjera sile i smjera kretanja.
8 Nađi ukupnu primijenjenu silu. U našem primjeru recimo da dijete primjenjuje silu jednaku 10 N.
- Ako problem kaže da je sila usmjerena prema gore, ili udesno / ulijevo, ili se njezin smjer poklapa sa smjerom kretanja tijela, tada za izračun rada jednostavno pomnožite silu i udaljenost.
9 Izračunaj odgovarajuću silu. U našem primjeru, samo dio ukupne sile vuče saonice naprijed. Budući da je uže usmjereno prema gore (pod kutom prema horizontali), drugi dio ukupne sile pokušava podići saonice. Stoga izračunajte silu čiji se smjer podudara sa smjerom kretanja.
- U našem primjeru kut θ (između tla i užeta) je 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Pronađite ovu vrijednost pomoću kalkulatora; postavite jedinicu kuta u kalkulatoru na stupnjeve.
- Pomnožite ukupnu silu s cosθ. U našem primjeru: 10 x 0,866 = 8,66 N - to je sila čiji se smjer podudara sa smjerom kretanja.
10 Pomnožite odgovarajuću silu s udaljenošću za izračun rada. U našem primjeru: 8,66 (V) x 20 (m) = 173,2 J.

Metoda 2 od 5: Izračunajte energiju (J) iz zadane snage (W)

1 Snaga i energija. Snaga se mjeri u vatima (W) i opisuje brzinu promjene, pretvorbe, prijenosa ili potrošnje energije, koja se mjeri u džulima (J).Da biste izračunali energiju (J) za zadanu snagu (W), morate znati duljinu vremena.
2 Za izračun energije (J), snagu (W) pomnožite s vremenom (s). Uređaj snage 1 W troši 1 J energije svakih 1 s. Na primjer, izračunajmo energiju koju žarulja od 60 W troši 120 sekundi: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Ova formula vrijedi za bilo koju snagu izmjerenu u vatima, ali se najčešće koristi u zadacima koji uključuju električnu energiju.

Metoda 3 od 5: Izračun kinetičke energije (J)

1 Kinetička energija je energija kretanja. Može se izraziti u džulima (J).
- Kinetička energija je ekvivalentna radu koji se vrši radi ubrzanja nepomičnog tijela do određene brzine. Nakon postizanja određene brzine, kinetička energija tijela ostaje konstantna sve dok se ne pretvori u toplinu (od trenja), gravitacijsku potencijalnu energiju (pri kretanju protiv gravitacije) ili druge vrste energije.
2 Pronađite svoju tjelesnu težinu. Na primjer, izračunajte kinetičku energiju bicikla i biciklista. Biciklist teži 50 kg, a bicikl 20 kg, što znači da je ukupna tjelesna težina 70 kg (smatrajte da su bicikl i biciklist jedno tijelo jer će se kretati u istom smjeru i istom brzinom).
3 Izračunajte brzinu. Ako je u problemu zadana brzina, prijeđite na sljedeći korak; u suprotnom, izračunajte ga pomoću jedne od dolje navedenih metoda. Imajte na umu da je smjer brzine ovdje zanemariv; štoviše, pretpostavimo da biciklist vozi ravno.
- Ako je biciklist vozio konstantnom brzinom (bez ubrzanja), izmjerite prijeđenu udaljenost (m) i podijelite je s vremenom (s) potrebnim za prelazak te udaljenosti. Time ćete postići prosječnu brzinu.
- Ako je biciklist ubrzavao, a vrijednost ubrzanja i smjer kretanja se nisu mijenjali, tada se brzina u danom trenutku t izračunava formulom: ubrzanje x t + početna brzina. Vrijeme se mjeri u sekundama, brzina u m / s, ubrzanje u m / s.
4 Uključite vrijednosti u formulu. Kinetička energija = (1/2) mv, gdje je m masa, v je brzina. Na primjer, ako je brzina biciklista 15 m / s, tada je njegova kinetička 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 izračunavanje kinetičke energije izvedena je iz definicije rada (W = FΔs) i kinematičke jednadžbe (v = v₀ + 2aΔs, gdje je Δs prijeđena udaljenost).

Metoda 4 od 5: Izračun količine topline (J)

1 Nađi masu zagrijanog tijela. Da biste to učinili, upotrijebite vagu ili opružnu vagu. Ako je tijelo tekućina, najprije izvažite praznu posudu (u koju ćete uliti tekućinu) kako biste pronašli njenu masu. Nakon vaganja tekućine oduzmite masu prazne posude od ove vrijednosti kako biste pronašli masu tekućine. Na primjer, razmislite o vodi težine 500 g.
- Da bi se rezultat mjerio u džulima, masa se mora mjeriti u gramima.
2 Pronađite specifičnu toplinu tijela. Može se pronaći u udžbeniku iz kemije, fizike ili na internetu. Specifični toplinski kapacitet vode je 4,19 J / g.
- Specifična toplina neznatno varira s temperaturom i tlakom. Na primjer, u nekim izvorima specifični toplinski kapacitet vode iznosi 4,18 J / g (budući da različiti izvori biraju različite vrijednosti "referentne temperature").
- Temperatura se može mjeriti u stupnjevima Kelvina ili Celzijusa (budući da će razlika između dviju temperatura biti ista), ali ne i u stupnjevima Fahrenheita.
3 Odredite svoju početnu tjelesnu temperaturu. Ako je tijelo tekuće, upotrijebite termometar.
4 Zagrijte tijelo i pronađite njegovu konačnu temperaturu. Na taj način možete pronaći količinu topline koja se prenosi na tijelo kada se zagrije.
- Ako želite pronaći ukupnu energiju pretvorenu u toplinu, smatrajte da je početna tjelesna temperatura apsolutna nula (0 Kelvina ili -273,15 Celzija). To se obično ne primjenjuje.
5 Oduzmite početnu tjelesnu temperaturu od završne temperature kako biste pronašli promjenu tjelesne temperature. Na primjer, voda se zagrijava s 15 stupnjeva Celzijusa na 35 stupnjeva Celzijusa, odnosno promjena temperature vode je 20 stupnjeva Celzijusa.
6 Pomnožite tjelesnu težinu, njezinu specifičnu toplinu i promjenu tjelesne temperature. Formula: H = mcΔT, gdje je ΔT promjena temperature. U našem primjeru: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Toplina se ponekad mjeri u kalorijama ili kilokalorijama. Kalorije su količina topline potrebna za podizanje temperature 1 grama vode za 1 stupanj Celzija; kilokalorije je količina topline potrebna za podizanje temperature 1 kg vode za 1 stupanj Celzijusa. U gornjem primjeru bilo bi potrebno 10.000 kalorija ili 10 kcal da se temperatura 500 grama vode podigne za 20 stupnjeva Celzijusa.

Metoda 5 od 5: Izračun električne energije (J)

1 Ovo opisuje metodu za izračunavanje protoka energije u električnom krugu. Naveden je praktičan primjer na temelju kojega se mogu riješiti fizički problemi. Za početak izračunajmo snagu prema formuli P = I x R, gdje je I jačina struje (A), R otpor (Ohm). Naći ćete snagu (W) s kojom možete izračunati energiju (J) (vidi drugo poglavlje).
2 Uzmi otpornik. Vrijednost otpora (Ohm) otpornika označena je brojem ili oznakom u boji. Otpor otpornika možete odrediti i spajanjem na ohmmetar ili multimetar. Na primjer, uzmimo otpornik od 10 ohma.
3 Spojite otpornik na izvor struje. Da biste to učinili, upotrijebite krokodilske kopče ili eksperimentalno postolje s električnim krugom.
4 Provedite struju kroz krug određeno vrijeme. Na primjer, učinite to 10 sekundi.
5 Odredite jačinu struje. Da biste to učinili, upotrijebite ampermetar ili multimetar. Na primjer, struja je 100 mA = 0,1 A.
6 Izračunajte snagu (W) koristeći formulu P = I x R. U našem primjeru: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Pomnožite snagu i vrijeme za pronalaženje energije (J). U našem primjeru: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Budući da je 1 džul mala vrijednost, a snaga električnih aparata naznačena je u vatima, milivatima i kilovatima, u stambeno-komunalnom sektoru energija se obično mjeri u kilovat-satima. Ako je 1 W = 1 J / s, tada je 1 J = 1 W ∙ s; ako je 1 kW = 1 kJ / s, tada je 1 kJ = 1 kW ∙ s. Budući da je 1 h = 3600 s, tada je 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Savjeti

U SI se energija i rad također mjere u ergovima. 1 erg = 1 din (jedinica mjere sile) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Upozorenja

Joule i newton metar su mjerne jedinice za rad. Joules mjeri energiju i rad koji se obavlja kada se tijelo kreće ravno. Ako se tijelo okreće, mjerna jedinica je njutnmetar.