Numit după fizicianul britanic James Edward Joule, joule (J) este una dintre unitățile de bază ale sistemului metric internațional. Joulul este folosit ca unitate de lucru, energie și căldură și este utilizat pe scară largă în aplicații științifice. Dacă doriți răspunsul dvs. în jouli, asigurați-vă întotdeauna că utilizați unități științifice standard. Picioarele-lire sau unitatea britanică de căldură (BTU) este încă folosită în unele domenii, dar nu și în temele dvs. de fizică.
Etapa
Metoda 1 din 5: Calculul muncii în Jouli
Pasul 1. Înțelegeți munca în fizică
Dacă împingi o cutie printr-o cameră, ai făcut un efort. Dacă ridici cutia în sus, ai făcut și un efort. Există două criterii importante care trebuie să existe în „afacere”:
- Oferiți un stil constant.
- Această forță face obiectele să se miște în aceeași direcție ca forța.
Pasul 2. Înțelegeți definiția afacerii
Efortul este ușor de calculat. Înmulțiți doar forța și distanța totală pe care a parcurs-o obiectul. De obicei, oamenii de știință exprimă forța în Newton și distanța în metri. Dacă utilizați ambele aceste unități, unitatea de lucru rezultată este Joule.
Ori de câte ori citești o întrebare despre afaceri, oprește-te și gândește-te unde este stilul. Dacă ridicați cutia, o împingeți în sus, astfel încât cutia să se miște în sus. Așadar, distanța parcursă de cutie este cât de mare s-a deplasat în sus. Cu toate acestea, data viitoare când mergeți înainte cu cutia, nu se depune niciun efort în acest proces. Chiar dacă tot împingi cutia în sus pentru a nu o cădea, aceasta nu se mai mișcă în sus
Pasul 3. Găsiți masa obiectului deplasat
Masa unui obiect este necesară pentru a calcula forța necesară pentru a-l deplasa. În exemplul nostru, să presupunem că sarcina are o masă de 10 kilograme (kg).
Evitați să utilizați kilograme sau alte unități non-standard, altfel răspunsul dvs. final nu va fi în juli
Pasul 4. Calculați stilul
Forța = masa x accelerația. În exemplul nostru, ridicând greutatea drept în sus, accelerația pe care o exercităm se datorează gravitației, care în circumstanțe normale accelerează obiectul în jos cu 9,8 metri / sec.2. Calculați forța necesară pentru a muta sarcina în sus înmulțind (10 kg) x (9,8 m / s2) = 98 kg m / s2 = 98 newtoni (N).
Dacă obiectul este deplasat orizontal, gravitația nu are efect. Problema vă poate cere să calculați forța necesară pentru a rezista la frecare. Dacă problema vă spune accelerarea unui obiect pe măsură ce este împins, puteți multiplica accelerația cunoscută cu masa sa
Pasul 5. Măsurați deplasarea parcursă
Pentru acest exemplu, să presupunem că o sarcină este ridicată la o înălțime de 1,5 metri (m). Deplasarea trebuie măsurată în metri, sau răspunsul final nu va fi în juli.
Pasul 6. Înmulțiți forța cu deplasarea
Pentru a ridica o greutate de 98 newtoni înălțime de 1,5 metri, trebuie să faceți 98 x 1,5 = 147 jouli de lucru.
Pasul 7. Calculați munca efectuată pentru a muta obiectul la un anumit unghi
Exemplul nostru de mai sus este simplu: cineva exercită o forță înainte asupra unui obiect, iar obiectul se deplasează înainte. Uneori, direcția forței și mișcarea obiectului nu sunt aceleași, deoarece există mai multe forțe care acționează asupra obiectului. În exemplul următor, vom calcula numărul de jouli necesari pentru ca un copil să tragă o sanie de 25 de metri prin zăpadă plată trăgând frânghia în sus la un unghi de 30º. Pentru această problemă, lucru = forță x cosinus (θ) x deplasare. Simbolul este litera greacă theta și descrie unghiul dintre direcția forței și direcția mișcării.
Pasul 8. Găsiți forța totală aplicată
Pentru această problemă, să presupunem că un copil trage un șir cu o forță de 10 newtoni.
Dacă problema exercită o forță spre dreapta, o forță ascendentă sau o forță în direcția mișcării, atunci aceste forțe reprezintă deja porțiunea x cosinus (θ) a forței și puteți sări înainte și să continuați să multiplicați valorile
Pasul 9. Calculați forța corespunzătoare
Doar câteva stiluri trag sania înainte. În timp ce șirul este îndreptat în sus, o altă forță încearcă să o tragă în sus, trăgând-o împotriva gravitației. Calculați forța exercitată în direcția mișcării:
- În exemplul nostru, unghiul dintre zăpada plată și frânghie este de 30 °.
- Calculați cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aproximativ 0,866. Puteți utiliza un calculator pentru a găsi această valoare, dar asigurați-vă că calculatorul dvs. folosește aceleași unități ca măsurarea unghiului (grade sau radiani).
- Înmulțiți forța totală x cos (θ). În exemplul nostru, 10 N x 0,866 = 8,66 forțe în direcția mișcării.
Pasul 10. Înmulțiți forța x deplasarea
Acum, că știm forța care avansează în direcția mișcării, putem calcula lucrarea ca de obicei. Problema noastră ne spune că sania se mișcă înainte cu 20 de metri, deci calculați 8,66 N x 20 m = 173,2 jouli de muncă.
Metoda 2 din 5: Calcularea julilor din wați
Pasul 1. Înțelegeți puterea și energia
Watt este o unitate de putere sau viteza de utilizare a energiei (energie împărțită la timp). În timp ce Joule este o unitate de energie. Pentru a converti wați în Jouli, trebuie să determinați ora. Cu cât curge curentul electric mai lung, cu atât este mai mare energia utilizată.
Pasul 2. Înmulțiți wați cu secunde pentru a obține Jouli
Un dispozitiv de 1 watt va consuma 1 Joule de energie la fiecare 1 secundă. Dacă înmulțiți numărul de wați cu secunde, veți obține Jouli. Pentru a afla câtă energie consumă o lampă de 60W în 120 de secunde, trebuie doar să multiplicați 60 de wați x 120 de secunde = 7 200 Jouli.
Această formulă poate fi utilizată pentru orice putere exprimată în wați, dar în general în electricitate
Metoda 3 din 5: Calcularea energiei cinetice în Jouli
Pasul 1. Înțelegeți energia cinetică
Energia cinetică este cantitatea de energie sub formă de mișcare. La fel ca alte unități de energie, energia cinetică poate fi scrisă în jouli.
Energia cinetică este egală cu cantitatea de muncă efectuată pentru a accelera un obiect static la o anumită viteză. Odată ce obiectul atinge acea viteză, obiectul va menține o anumită cantitate de energie cinetică până când energia se transformă în căldură (din frecare), energie potențială gravitațională (din mișcare împotriva gravitației) sau alte tipuri de energie
Pasul 2. Găsiți masa obiectului
De exemplu, măsurăm energia cinetică a unei biciclete și a unui ciclist. De exemplu, călărețul are o masă de 50 kg, iar bicicleta sa are o masă de 20 kg, pentru o masă totală m de 70 kg. Acum, îi considerăm pe cei doi ca pe un obiect cu o masă de 70 kg, deoarece ambii se vor mișca cu aceeași viteză.
Pasul 3. Calculați viteza
Dacă știți deja viteza sau viteza ciclistului, scrieți-o și continuați. Dacă trebuie să calculați viteza, utilizați una dintre metodele de mai jos. Rețineți că căutăm viteza, nu viteza (care este viteza într-o direcție dată), deși abrevierea v este adesea utilizată. Ignorați orice viraj pe care îl face ciclistul și presupuneți că întreaga distanță este parcursă în linie dreaptă.
- Dacă ciclistul se deplasează cu o viteză constantă (nu accelerează), măsurați distanța pe care ciclistul o parcurge în metri și împărțiți-o la numărul de secunde care va dura pentru a parcurge acea distanță. Acest calcul va produce viteza medie, care în acest caz este egală cu viteza instantanee.
- Dacă ciclistul are o accelerație constantă și nu schimbă direcția, calculați viteza sa la momentul t folosind formula pentru viteza la timpul t = (accelerație) (t) + viteza inițială. Folosiți secunda pentru a măsura timpul, contorul / secunda pentru a măsura viteza și m / s2 pentru a măsura accelerația.
Pasul 4. Conectați aceste numere la următoarea formulă
Energia cinetică = (1/2) m v 2. De exemplu, dacă un ciclist se deplasează cu o viteză de 15 m / s, energia sa cinetică EK = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/ s2 = 7875 newton metri = 7875 jouli.
Formula pentru energia cinetică poate fi derivată din definiția muncii, W = FΔs și ecuația cinematică v2 = v02 + 2aΔs. s reprezintă o schimbare de poziție sau distanță parcursă.
Metoda 4 din 5: Calculul căldurii în Jouli
Pasul 1. Găsiți masa obiectului încălzit
Folosiți o cântare sau un balans de arc pentru a-l măsura. Dacă obiectul este un lichid, măsurați mai întâi recipientul gol în care se află lichidul și găsiți-i masa. Trebuie să-l scădeți din masa recipientului plus lichidul pentru a găsi masa lichidului. Pentru acest exemplu, să presupunem că obiectul este de 500 de grame de apă.
Folosiți grame, nu alte unități, sau rezultatul nu va fi jouli
Pasul 2. Găsiți căldura specifică a obiectului
Aceste informații pot fi găsite în referințe chimice, atât sub formă de carte, cât și online. Pentru apă, căldura specifică a lui c este de 4,19 jouli pe gram pentru fiecare grad Celsius pe care îl încălzește - sau 4,1855, dacă aveți nevoie de valoarea exactă.
- Căldura specifică reală variază ușor în funcție de temperatură și presiune. Diferite organizații și manuale utilizează temperaturi standard diferite, deci este posibil să vedeți căldura specifică a apei menționată la 4.179.
- Puteți utiliza Kelvin în loc de Celsius, deoarece diferența de temperatură este aceeași pentru ambele unități (încălzirea cu 3 ° C este egală cu încălzirea cu 3 Kelvin). Nu utilizați Fahrenheit sau rezultatele dvs. nu vor fi în juli.
Pasul 3. Găsiți temperatura inițială a obiectului
Dacă obiectul este un lichid, puteți utiliza un termometru cu mercur. Pentru unele articole, este posibil să aveți nevoie de un termometru cu sondă.
Pasul 4. Încălziți obiectul și măsurați din nou temperatura
Aceasta va măsura câștigul de căldură al obiectului în timpul încălzirii.
Dacă doriți să măsurați cantitatea totală de energie stocată ca căldură, puteți presupune că temperatura inițială este zero absolută: 0 Kelvin sau -273,15ºC. Acest lucru nu este foarte util
Pasul 5. Se scade temperatura inițială din temperatura de încălzire
Această reducere va avea ca rezultat un grad de modificare a temperaturii obiectului. Presupunând că apa a fost anterior de 15 grade Celsius și încălzită la 35 de grade Celsius, temperatura se schimbă la 20 de grade Celsius.
Pasul 6. Înmulțiți masa obiectului cu căldura sa specifică și cu magnitudinea modificării temperaturii
Formula se scrie Q = mc T, unde T este modificarea temperaturii. Pentru acest exemplu, ar fi 500g x 4, 19 x 20 sau 41.900 jouli.
Căldura este mai des scrisă în sistemul metric de calorii sau kilocalorii. O calorie este definită ca cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 gram de apă cu 1 grad Celsius, în timp ce o kilocalorie este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 kilogram de apă cu 1 grad Celsius. În exemplul de mai sus, creșterea temperaturii de 500 de grame de apă cu 20 de grade Celsius va consuma până la 10.000 de calorii sau 10 kilocalorii
Metoda 5 din 5: Calcularea julilor ca energie electrică
Pasul 1. Folosiți pașii de mai jos pentru a calcula fluxul de energie într-un circuit electric
Pașii de mai jos sunt enumerați ca exemple practice, dar puteți utiliza și metoda pentru a înțelege problemele fizice scrise. În primul rând, vom calcula puterea P folosind formula P = I2 x R, unde I este curentul în amperi și R este rezistența în ohmi. Aceste unități produc putere în wați, deci de aici putem folosi formula din pasul anterior pentru a calcula energia în jouli.
Pasul 2. Alegeți un rezistor
Rezistențele sunt măsurate în ohmi, cu dimensiuni scrise direct sau reprezentate printr-o colecție de linii colorate. De asemenea, puteți testa rezistența unui rezistor conectându-l cu un ohmmetru sau multimetru. Pentru acest exemplu, presupunem că rezistența este de 10 ohmi.
Pasul 3. Conectați rezistorul la sursa curentă
Puteți conecta firele la rezistor cu un clip Fahnestock sau aligator sau puteți conecta rezistorul la o placă de testare.
Pasul 4. Curent de curgere prin circuit pentru un anumit interval de timp
Pentru acest exemplu, vom folosi un interval de 10 secunde.
Pasul 5. Măsurați puterea curentă
Faceți acest lucru cu un ampermetru sau un multimetru. Majoritatea curenților casnici sunt măsurați în miliamperi sau mii de amperi, deci presupunem că curentul este de 100 miliamperi sau 0,1 amperi.
Pasul 6. Folosiți formula P = I2 x R.
Pentru a găsi puterea, înmulțiți pătratul curentului cu rezistența. Acest lucru are ca rezultat puterea de putere în wați. Cadrarea 0,1 dă un rezultat de 0,01, înmulțit cu 10 oferă o putere de ieșire de 0,1 wați sau 100 de miliți.
Pasul 7. Înmulțiți puterea cu timpul scurs
Această multiplicare dă puterea de energie în jouli. 0,1 wați x 10 secunde este egal cu 1 joule de energie electrică.
