Hoe om joules te bereken

Gevolglik namens die Engelse fisikus James Edward Joule, is die joule (J) een van die hoekseenhede van die Internasionale metrieke stelsel. Joule word as `n eenheid van werk, energie en hitte gebruik, en word wyd gebruik in wetenskaplike toepassings. As jy `n antwoord in joules wil gee, moet jy altyd die standaard wetenskaplike eenhede gebruik. Die "voetpond" of die "Britse warmte-eenheid" word steeds in sommige velde gebruik, maar dit het geen plek in jou fisika taak nie.

conținut

Stappe
Metode 1bereken werk in joules
Metode 2bereken die joules van watt
Metode 3bereken die kinetiese energie in joules
Metode 4bereken hitte in joules
Metode 5bereken joules as elektriese krag
Wenke
Waarskuwings
Dinge wat jy nodig het

stappe

Metode 1
Bereken werk in joules

Verstaan die definisie van werk in fisika. As jy `n boks vir `n kamer stoot, het jy baie werk gedoen. As jy haar optel, het jy baie werk gedoen. Daar is twee belangrike eienskappe wat moet bestaan vir die "werk" wat plaasvind.

U pas `n konstante krag toe.
Die krag veroorsaak dat die voorwerp in die rigting beweeg.

Definieer die werk Dit is maklik om die werk te bereken. Vermenigvuldig die hoeveelheid krag wat gebruik word met die hoeveelheid afstand wat afgelê word. Oor die algemeen meet wetenskaplikes krag in newton en afstand in meter. As jy hierdie eenhede gebruik, kry jy die werk in joules.

Elke keer as jy `n probleem met betrekking tot werk lees, dink aan waar die krag toegepas word. As jy `n boks optel, beteken dit dat jy opwaarts stoot, wat veroorsaak dat hierdie voorwerp styg (daarom is die afstand die hoogte waarop die boks opgaan). As u egter die boks vorentoe hou, word geen werk geproduseer nie. As jy die boks aanstoot om te verhoed dat dit val, word dit nie verhef nie.

Vind die massa van die voorwerp wat beweeg. Dit is nodig om die massa van `n voorwerp te bereken om die krag te bereken wat nodig is om dit te beweeg. In ons voorbeeld sal ons `n persoon gebruik wat `n gewig van die vloer na sy bors lig en ons bereken die hoeveelheid werk wat hy in daardie gewig oefen. Veronderstel die gewig het `n massa van 10 kilogram (kg).

Vermy die gebruik van ponde of ander nie-standaard eenhede, of jou finale antwoord sal nie in terme van joules wees nie.

Bereken die krag. Krag = massa x versnelling. In ons voorbeeld, wanneer ons `n gewig dadelik opwaarts ophef, is die versnelling wat ons in die gesig staar weens swaartekrag, wat gelykstaande is aan 9,8 meter / sekonde. Bereken die krag wat benodig word om die gewig opwaarts te beweeg deur vermenigvuldiging (10 kg) x (9.8 m / s) = 98 kg m / s = 98 newton (N).

As die voorwerp horisontaal beweeg, is swaartekrag irrelevant. Die probleem kan jou vra om die krag te bereken wat benodig word om die wrywing te oorkom. As die probleem jou vertel hoe vinnig die voorwerp versnel wanneer dit gedruk word, kan jy die versnelling wat met die massa gegee word, vermenigvuldig.

Meet die afstand verhuis. Vir hierdie voorbeeld, veronderstel die gewig styg 1,5 meter (m). Die afstand moet gemeet word in meter of u finale antwoord sal nie in joules geskryf word nie.

Vermenigvuldig die krag op afstand. Om `n gewig van 98 Newton 1,5 meter op te lig, moet jy 98 x 1.5 = 147 joules werk verrig.

Bereken die werk vir voorwerpe wat teen `n hoek beweeg. Ons vorige voorbeeld was eenvoudig: iemand het `n opwaartse krag op die voorwerp uitgeoefen en dit het in daardie rigting beweeg. Soms is die rigting van die krag en die beweging van die voorwerp nie presies dieselfde nie, as gevolg van verskeie kragte wat op die voorwerp optree. In die volgende voorbeeld sal ons die hoeveelheid joules wat nodig is vir `n kind bereken om `n slee 25 meter deur die sneeu te sleep deur dit van `n tou wat op `n 30º-hoek georiënteer is, te trek. Vir hierdie scenario werk = dwing x cosine (θ) x afstand. Die simbool θ is die Griekse letter "theta" en beskryf die hoek tussen die rigting van die krag en die beweging.

Vind die totale krag wat toegepas word. Vir hierdie probleem, veronderstel die kind trek die tou deur `n krag van 10 newton uit te oefen.

As die probleem jou "dwarsdraai" gee, "dwarsboom" of "krag in die rigting van beweging", is die deel van die probleem "force x cos (θ)" reeds bereken en kan jy die waardes.

Bereken die relevante krag. Slegs `n deel van die krag trek die slee vorentoe. Aangesien die tou teen `n opwaartse hoek is, probeer die res van die krag om die slee opwaarts te trek, wat onnodig teen swaartekrag trek. Bereken die krag wat in die rigting van beweging toegepas word:

In ons voorbeeld is die hoek θ tussen die sneeu en die tou 30 °.

Bereken die cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = ongeveer 0.866. Jy kan `n sakrekenaar gebruik om hierdie waarde te vind, maar maak seker dat jou sakrekenaar op dieselfde eenheid as die hoekmeting (grade of radiale) ingestel is.

Vermenigvuldig die totale krag x cos (θ). In ons voorbeeld, 10N x 0.866 = 8.66 N van krag in die rigting van beweging.

Vermenigvuldig krag x afstand. Noudat ons die hoeveelheid krag wat in die rigting van die beweging beweeg, weet, kan ons die werk soos gewoonlik bereken. Ons probleem vertel ons dat die slee 20 meter vorentoe beweeg het, dus bereken ons 8,66 N x 20 m = 173,2 joules werk.

Metode 2
Bereken die joules van watt

Vind uit oor krag en energie. Watts is `n mate van krag of hoe vinnig energie gebruik word (energie oor tyd). Die joule is `n mate van energie. As u van wette na joules wil omskakel, moet u `n tydsverloop spesifiseer. Hoe groter die stroom van `n stroom, hoe meer energie sal gebruik word.

Vermenigvuldig watt per sekonde om joules te vind. `N 1-watt-toestel verbruik een energie per sekonde. As jy die aantal watt vermenigvuldig met die aantal sekondes, kry jy joules. Om die hoeveelheid energie te bepaal wat `n 60 watt gloeilamp verbruik in 120 sekondes, vermeerder net (60 watt) x (120 sekondes) = 7200 joules.

Hierdie formule werk vir enige soort krag gemeet in watt, maar elektrisiteit is die mees algemene toepassing.

Metode 3
Bereken die kinetiese energie in joules

Verstaan die kinetiese krag. Kinetiese energie is die hoeveelheid energie in die vorm van beweging. Soos met enige eenheid van energie, kan dit uitgedruk word in joules eenhede.

Die kinetiese energie is gelyk aan die hoeveelheid werk wat gedoen word om `n statiese voorwerp teen `n sekere spoed te versnel. Sodra jy daardie spoed bereik het, sal die voorwerp daardie hoeveelheid kinetiese energie behou totdat daardie energie omskep word in hitte (as gevolg van wrywing), gravitasie potensiële energie (as gevolg van beweging teen swaartekrag) of ander soorte energie.

Vind die massa van die voorwerp. Byvoorbeeld, ons kan die kinetiese energie van `n fiets en fietsryer meet. Veronderstel die fietsryer het `n massa van 50 kg en die fiets een van 20 kg om `n totale massa te verkry m van 70 kg. Nou kan ons hulle as `n enkele voorwerp van 70 kg behandel, aangesien hulle teen dieselfde spoed saam beweeg.

Bereken die spoed. As jy reeds die spoed van die fietsryer ken, skryf dit net neer en gaan voort. As jy dit op jou eie moet bereken, gebruik een van die volgende metodes. Hou in gedagte dat ons op spoed sal fokus, nie spoed nie (dit is spoed in `n sekere rigting), alhoewel die afkorting dikwels gebruik word v. Ignoreer die beurte wat die fietsryer doen en maak asof al die afstand afgelê is `n reguit lyn.

As die fietsryer teen `n konstante tempo beweeg (sonder versnelling), meet die afstand wat die fietsryer in meter gereis het en verdeel dit met die aantal sekondes wat dit geneem het om daardie afstand te beweeg. Dit gee jou die gemiddelde spoed, wat in hierdie scenario dieselfde is as die spoed op enige gegewe tydstip.

As die fietsryer stadiger versnel en nie rigting verander nie, bereken sy spoed betyds t met die formule "spoed in tyd" t = (versnelling) (t) + aanvangspoed. Gebruik sekondes om tyd, meters / sekonde te meet om spoed en m / s te meet om versnelling te meet.

Tik hierdie nommers in die volgende formule. Kinetiese energie = (1/2)m `v. As die fietsryer byvoorbeeld teen 15 m / s ry, is sy kinetiese energie K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) ( 15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton meter = 7875 joules.

Die kinetiese energie formule kan afgelei word uit die werkdefinisie, W = FΔs en die kinetiese vergelyking v = v₀ + 2aΔs. Δs verwys na die "verandering in posisie" of die hoeveelheid afstand afgelê.

Metode 4
Bereken hitte in joules

Vind die massa van die voorwerp wat jy gaan hitte. Gebruik hiervoor `n balans of lente skaal. As die voorwerp `n vloeistof is, weeg eers die leë houer waarin jy die vloeistof sal plaas en sy massa vind. Jy moet dit aftrekking van die massa van die houer en die vloeistof om die massa van laasgenoemde te vind. Vir hierdie voorbeeld sal ons aanneem dat die voorwerp 500 gram water verteenwoordig.

Gebruik die gram, geen ander eenheid, of die resultaat sal nie in joules wees nie.

Vind die spesifieke hitte kapasiteit vir hierdie voorwerp. U kan hierdie inligting in `n chemiese verwysing vind, hetsy in boeke of op die internet. Vir water, die kapasiteit en spesifieke hitte c is 4,19 joules per gram vir elke graad van hitte Celsius of 4.1855, as jy baie akkuraat moet wees.

Die spesifieke hitte kapasiteit wissel effens op grond van temperatuur en druk. Verskillende organisasies en handboeke gebruik verskillende "standaard temperature", sodat jy die spesifieke hittekapasiteit van die water wat as 4.179 getoon word, kan sien.

U kan grade Kelvin gebruik in plaas van Celsius, aangesien `n verskil in temperatuur dieselfde is in albei eenhede (verhitting van iets in 3 ° C is dieselfde as verhitting in 3 grade Kelvin). Moenie Fahrenheit grade gebruik of die resultaat sal nie in joules wees nie.

Vind die huidige temperatuur van die voorwerp. As die voorwerp `n vloeistof is, kan jy `n boltermometer gebruik. Vir sommige voorwerpe benodig jy dalk `n termometer met sonde.

Verhit die voorwerp en meet die temperatuur weer. Dit sal jou toelaat om die hoeveelheid hitte wat jy tydens die verhitting by die voorwerp sal voeg, te meet.

As jy die totale hoeveelheid energie wat as hitte gestoor word, wil meet, kan jy simuleer dat die aanvanklike temperatuur absoluut nul was: 0 grade Kelvin of -273.15 ° C. Gewoonlik is dit nie nuttig nie.

Trek die oorspronklike temperatuur van die verhitte temperatuur af. Dit sal die verandering van temperatuur grade in die voorwerp lewer. Gestel die water was oor die algemeen ongeveer 15 grade Celsius en verhit tot ongeveer 35 ° C, sou die temperatuurverandering 20 ° C wees.

Vermenigvuldig die massa van die voorwerp met sy spesifieke hittekapasiteit en die hoeveelheid temperatuurverandering. Hierdie formule is geskryf as H = mcΔT, waar ΔT beteken "temperatuurverandering". Vir hierdie voorbeeld sou dit 500 g x 4.19 x 20 of 41 900 joules wees.

In die metrieke stelsel word hitte meer dikwels uitgedruk in terme van kalorieë of kilokaleorieë. A kalorie word gedefinieer as die hoeveelheid hitte benodig om die temperatuur van 1 gram van water in te samel deur 1 ° C, terwyl `n kilokalorie (of cal) is die hoeveelheid hitte benodig om die temperatuur van 1 kg water in te samel deur 1 ° C. In die vorige voorbeeld sou die verhoging van 500 g water by 20 ° C 10.000 kalorieë of 10 kilokaleorieë mors.

Metode 5
Bereken joules as elektriese krag

Gebruik die stappe hieronder om die vloei van energie in `n elektriese stroombaan te bereken. Die onderstaande stappe word as `n praktiese voorbeeld geskryf, maar jy kan ook die metode gebruik om geskrewe fisikaprobleme te verstaan. Eerstens sal ons die krag P bereken deur die formule P = I x R te gebruik, waar ek die stroom in amperes is en R die weerstand in ohms is. Hierdie eenhede gee ons die krag in watt, dus van daar kan ons die formule in die vorige stap gebruik om die energie in joules te bereken.

Kies `n resistor. Die resistors word in ohm geklassifiseer, met die klassifikasie wat direk aangedui of aangedui word met `n reeks gekleurde bande. U kan ook die weerstand van die weerstand toets deur dit aan `n ohmmeter of multimeter te koppel. Vir hierdie voorbeeld sal ons aanneem dat die weerstand `n krag van 10 ohm het.

Koppel die weerstand aan die kragbron. Koppel die drade aan die resistor met Fackle-knipsels of krokodilknipsels, of koppel die resistor op `n toetsplaat.

Die stroom gaan vir `n bepaalde tydperk deur die stroombaan. Vir hierdie voorbeeld sal ons dit vir `n periode van 10 sekondes doen.

Meet die krag van die stroom. Doen dit met `n ammeter of `n multimeter. N groot deel van die huis stroom in milliamps of in duisendstes van `n ampère, so aanvaar dat die huidige 100 milliamps of van 0,1 ampère.

Gebruik die formule P = I x R. Om die krag te vind, vermenigvuldig die vierkant van die stroom deur die weerstand. Dit genereer die kraguitset in watt. Die verhoging van 0.1 kwadraat gee 0.01 en vermenigvuldig met 10 gee `n kragverbruik van 0.1 watt of 100 milliwatts.

Vermenigvuldig die krag deur die hoeveelheid tyd wat geslaag het. Dit lei tot die verbruik van energie in joules. 0.1 watt x 10 sekondes is gelyk aan 1 jou elektriese krag.

As joule is klein eenhede en omdat die toestelle tipies diens watt, en kilowatt milliwatt tot die bedrag van krag aandui wat hulle gebruik, maatskappye wat normaalweg energieverbruik in kilowatt-uur meet. `N Watt is gelyk aan 1 joule per sekonde of 1 joule is 1 watt-sekonde. A kilowatt gelyk 1 kilojoule per sekonde en 1 kilojoule gelyk aan een kilowatt-sekonde. Aangesien daar 3600 sekondes in `n uur is, is 1 kilowattuur gelyk aan 3600 kilowatt-sekondes, 3600 kilojoules of 3 600 000 joules.

wenke

Verwant aan jou, die ergium is `n ander eenheid van die metrieke stelsel wat werk en energie aandui. 1 erg is gelyk aan 1 krag din vir `n afstand van 1 cm. 1 joule is gelyk aan 10 000 000 ergs.

waarskuwings

Terwyl die terme "joule" en "Newton meter" dieselfde eenheid beskryf, word in die praktyk "joule" gebruik wanneer enige vorm van energie en werk wat in `n reguit lyn ontwikkel word, verteenwoordig word, soos in die vorige voorbeeld waarin hy loop op `n trappe af. Wanneer dit gebruik word om `n wringkrag te meet, is die gebruik van krag in die rotasie van `n voorwerp verkieslik die term Newton meter.

Dinge wat jy nodig het

Werk- of kinetiese energie:

stophorlosie of timer
skaal of skaal
sakrekenaar met die cosinus funksie (slegs om die werk te bereken, hoewel dit nie altyd nodig is nie)

Bereken elektriese energie:

weerstand
kabels of toetsplaat
multimeter (of `n aparte ohmmeter en ammeter)
Knappe clips of krokodil clips

hitte:

`n voorwerp vir hitte
`n bron van hitte (soos `n bunsenbrander)
termometer (`n gloeilamp of `n sonde)
verwysingsboek in chemie (om die spesifieke hitte kapasiteit van die voorwerp te verhit wat verhit moet word)

Deel op sosiale netwerke:

Verwante