Saturs

• Lai soli
• 1. metode no 4: darba aprēķināšana džoulos
• 2. metode no 4: Kinētiskās enerģijas aprēķināšana džoulos
• 3. metode no 4: Džoula aprēķināšana kā elektriskā enerģija
• 4. metode no 4: siltuma aprēķināšana džoulos
• Padomi
• Brīdinājumi
• Nepieciešamība

Džouls (J), kas nosaukts angļu fiziķa Džeimsa Edvarda Džoula vārdā, ir viena no vissvarīgākajām Starptautiskās metriskās sistēmas vienībām. Džoulu izmanto kā darba, enerģijas un siltuma vienību, un to plaši izmanto zinātnē. Ja vēlaties, lai atbilde būtu džoulos, vienmēr izmantojiet standarta zinātniskās vienības.

Lai soli

1. metode no 4: darba aprēķināšana džoulos

1. Darba definīcija. Darbs tiek definēts kā pastāvīgs spēks, kas tiek piemērots objektam, lai pārvietotu to noteiktā attālumā. Ja tiek piemērots ne vairāk kā viens spēks, to var aprēķināt kā jauda X attālums, un to var rakstīt džoulos (ekvivalents "Ņūtona metram"). Pirmajā piemērā mēs ņemam cilvēku, kurš vēlas pievienot svaru no grīdas līdz krūšu augstumam, un mēs aprēķinām, cik daudz šī persona ir paveikusi.
   • Spēks jāpieliek kustības virzienā. Turot priekšmetu un ejot uz priekšu, ar objektu netiek veikts darbs, jo jūs nespiežat objektu tā kustības virzienā.
2. Nosakiet pārvietojamā objekta masu. Objekta masa ir nepieciešama, lai aprēķinātu tā pārvietošanai nepieciešamo spēku. Mūsu piemērā mēs norādām, ka svara masa ir 10 kg.
   • Nelietojiet mārciņas vai citas vienības, kas nav standarta, vai arī galīgā atbilde nebūs džoulos.
3. Aprēķiniet spēku. Spēks = masa x paātrinājums. Mūsu piemērā, paceļot svaru taisni uz augšu, paātrinājums, kuru mēģinām pārvarēt, ir vienāds ar gravitāciju, 9,8 m / s uz leju. Aprēķiniet svaru, kas nepieciešams svara celšanai, izmantojot (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 ņūtonus (N).
   • Ja objektu pārvieto horizontāli, tad gravitācijai nav nozīmes. Tā vietā problēma var likt jums aprēķināt spēku, kas nepieciešams berzes pretestības pārvarēšanai. Ja tiek dots objekta paātrinājums, kad to nospiež, tad doto paātrinājumu var reizināt ar masu.
4. Izmēriet objekta pārvietošanas attālumu. Šajā piemērā mēs pieņemam, ka svars tiek pacelts 1,5 metrus (m). Attālums jāmēra metros, pretējā gadījumā galīgo atbildi nevar ierakstīt Džoulos.
5. Reiziniet spēku ar attālumu. Lai paceltu 98 ņūtonu 1,5 metru svaru, jums būs jāveic 98 x 1,5 = 147 džouli darba.
6. Aprēķiniet darbaspēku objektiem, kas pārvietojas leņķī. Mūsu iepriekš minētais piemērs bija vienkāršs: kāds pielietoja uz objektu augšupejošu spēku, un objekts uz augšu. Dažreiz spēka virziens un objekta kustība nav gluži vienādi, jo uz objektu iedarbojas vairāki spēki. Nākamajā piemērā mēs aprēķināsim, cik daudz džoulu nepieciešams, lai velkot kamanas 25 metrus caur sniegu, velkot ragavām piestiprinātu virvi 30º leņķī pret horizontāli. Ir spēkā šādi: darbs = spēks x cos (θ) x attālums. "Simbols" ir grieķu burts "teta" un apzīmē leņķi starp spēka virzienu un kustības virzienu.
7. Nosakiet kopējo pielietoto spēku. Šajā problēmā mēs sakām, ka kāds velk virvi ar 10 ņūtonu spēku.
   • Ja spēks "pa labi", "uz augšu" vai "kustības virzienā" jau ir piešķirts, "spēks x cos (") "ir tāds, kā aprēķināts, un jūs varat turpināt vērtību reizināšanu.
8. Aprēķiniet attiecīgo spēku. Tikai daļa spēka velk ratiņus uz priekšu. Tā kā virve ir uz augšu leņķī, atlikušais spēks mēģina pacelt ratiņu uz augšu, neitralizējot gravitāciju. Aprēķiniet spēku kustības virzienā:
   • Mūsu piemērā leņķis θ starp zemi un trosi ir 30º.
   • Aprēķiniet cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aptuveni 0,866. Lai atrastu šo vērtību, varat izmantot kalkulatoru, taču pārliecinieties, vai kalkulators izmanto pareizo mērvienību, jo leņķis ir norādīts (grādos vai radiānos).
   • Reiziniet kopējo spēku x cos (θ). Mūsu piemērā 10N x 0,866 = 8,66 N kustības virzienā.
9. Reiziniet spēku x attālumu. Tagad, kad mēs zinām, cik liels spēks tiek pielietots kustības virzienā, mēs varam aprēķināt darbu kā parasti. Mūsu problēma norāda, ka ratiņi ir vilkti 20 metrus uz priekšu, tāpēc mēs aprēķinām 8,66 N x 20 m = 173,2 džaulu darba.

2. metode no 4: Kinētiskās enerģijas aprēķināšana džoulos

1. Saprotiet kādu kinētisko enerģiju. Kinētiskā enerģija ir enerģijas daudzums kustības formā. Tāpat kā jebkura veida enerģiju, to var izteikt arī Džoulos.
   • Kinētiskā enerģija ir vienāda ar paveikto darbu, lai paātrinātu nekustīgu objektu līdz noteiktam ātrumam. Kad šis ātrums ir sasniegts, objekts saglabā šo kinētiskās enerģijas daudzumu, līdz šī enerģija tiek pārvērsta siltumā (ar berzi), gravitācijas enerģijā (dodoties pretī gravitācijai) vai cita veida enerģijai.
2. Nosakiet objekta masu. Piemēram, mēs varam izmērīt velosipēda un velosipēdista kinētisko enerģiju. Pieņemsim, ka velosipēdista masa ir 50 kg un velosipēda masa ir 20 kg. Tas veido kopējo masu m no 70 kg. Tagad mēs varam izturēties pret viņiem kā pret vienu 70 kg smagu priekšmetu, jo viņi pārvietojas kopā ar tādu pašu ātrumu.
3. Aprēķiniet ātrumu. Ja jūs jau zināt velosipēdista ātrumu vai vektora ātrumu, pierakstiet to un dodieties tālāk. Ja jums tas joprojām ir jāaprēķina, izmantojiet kādu no tālāk norādītajām metodēm. Tas attiecas uz ātrumu, nevis uz vektora ātrumu (kas ir ātrums noteiktā virzienā), kaut arī burts bieži ir v izmanto ātrumam. Neņemiet vērā velosipēdista veiktos pagriezienus un izliecieties, ka visa distance ir taisnā līnijā.
   • Ja velosipēdists pārvietojas ar nemainīgu ātrumu (bez paātrinājuma), izmēra velosipēdista nobraukto attālumu un daliet to ar sekunžu skaitu, kas vajadzīgs šī attāluma veikšanai. Tas aprēķina vidējo ātrumu, kas šajā scenārijā ir tāds pats kā ātrums jebkurā brīdī.
   • Ja velosipēdists pārvietojas ar nemainīgu paātrinājumu un nemaina virzienu, aprēķiniet viņa ātrumu tajā laikā t ar formulu ’ātrums (laiks t) = (paātrinājums) (t) + sākotnējais ātrums. Laiks ir sekundēs, ātrums metros / sekundē un paātrinājums m / s.
4. Šajā formulā ievadiet šādus skaitļus. Kinētiskā enerģija = (1/2)m "v. Piemēram, ja velosipēdists pārvietojas ar ātrumu 15 m / s, tad viņa kinētiskā enerģija ir K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 ņūtonmetri = 7875 džouli.
   • Kinētiskās enerģijas formulu var iegūt no darba definīcijas, W = FΔs un vienādojuma v = v₀ + 2aΔs. Δs attiecas uz "nobīdi" vai arī nobraukto attālumu.

3. metode no 4: Džoula aprēķināšana kā elektriskā enerģija

1. Aprēķiniet enerģiju, izmantojot jaudu x laiku. Jaudu definē kā patērēto enerģiju laika vienībā, tāpēc patērēto enerģiju varam aprēķināt pēc jaudas reizināšanas ar laika vienību. Tas ir noderīgi, mērot jaudu vatos, jo 1 vats = 1 džouls / sekundē. Lai uzzinātu, cik daudz enerģijas 60 W kvēlspuldze patērē 120 sekundēs, reiziniet: (60 vati) x (120 sekundes) = 7200 džoulus.
   • Šo formulu var izmantot jebkura veida jaudai, ko mēra vatos, bet elektrība ir visredzamākā.
2. Izmantojiet tālāk norādītās darbības, lai aprēķinātu enerģijas plūsmu elektriskajā ķēdē. Tālāk norādītās darbības ir izklāstītas kā praktisks piemērs, taču jūs varat arī izmantot šo metodi, lai izprastu teorētiskās fizikas problēmas. Pirmkārt, mēs aprēķinām jaudu P, izmantojot formulu P = I x R, kur I ir strāva ampēros un R ir pretestība omos. Šīs vienības dod mums jaudu vatos, tāpēc no šī brīža mēs varam izmantot formulu, kas izmantota iepriekšējā solī, lai aprēķinātu enerģiju džoulos.
3. Izvēlieties rezistoru. Rezistori ir norādīti omos, to vērtība norādīta tieši uz rezistora vai krāsainu gredzenu virkne. Varat arī pārbaudīt pretestību ar ommetru vai multimetru. Šajā piemērā mēs pieņemam, ka mūsu izmantotā pretestība ir 10 omi.
4. Pievienojiet rezistoru enerģijas avotam (akumulatoram). Tam izmantojiet skavas vai ievietojiet rezistoru testa ķēdē.
5. Ļaujiet strāvai plūst caur to noteiktu laiku. Šajā piemērā mēs ņemam 10 sekundes kā laika vienību.
6. Izmēra strāvas stiprumu. Jūs to darāt ar plūsmas mērītāju vai multimetru. Lielākā daļa mājsaimniecības strāvas ir miliampos, tāpēc mēs pieņemam, ka strāva ir 100 miliampi vai 0,1 ampēri.
7. Izmantojiet formulu P = I x R. Tagad, lai atrastu jaudu, jūs reizināt strāvas kvadrātveida jaudu ar pretestību. Tas dod jums šīs ķēdes jaudu vatos. Kvadrāts 0,1 dod 0.01. Reiziniet to ar 10, un jūs iegūstat izejas jaudu 0,1 vati vai 100 milivatus.
8. Reiziniet jaudu ar pagājušo laiku. Tas nodrošina enerģiju džoulos. 0,1 vats x 10 sekundes ir vienāds ar 1 džoulu elektriskās enerģijas.
   • Tā kā Džouls ir maza vienība un tā kā ierīču enerģijas patēriņš parasti tiek norādīts vatos, milivatos un kilovatos, bieži vien ir ērtāk aprēķināt ierīces patērēto kWh (kilovatstundu) skaitu. 1 vats ir 1 džouls sekundē vai 1 džouls ir 1 vats sekundē; viens kilovats ir vienāds ar 1 kilodžouls sekundē un viens kilodžouls ir vienāds ar 1 kilovatu sekundē. Stundā ir 3600 sekundes, tātad 1 kilovatstunda ir vienāda ar 3600 kilovatstundām, 3600 kilodžouliem vai 3 600 000 džouliem.

4. metode no 4: siltuma aprēķināšana džoulos

1. Nosakiet priekšmeta masu, kurai pievieno siltumu. Tam izmantojiet atlikumu vai svarus. Ja priekšmets ir šķidrums, vispirms nosveriet tukšo trauku, kurā šķidrums nonāks. Jums būs jāatņem tas no konteinera un šķidruma masas kopā, lai atrastu šķidruma masu. Šajā piemērā mēs pieņemam, ka objekts ir 500 grami ūdens.
   • Izmantojiet gramus, nevis citu mērvienību, pretējā gadījumā rezultāts netiks dots džoulos.
2. Nosakiet objekta īpatnējo siltumu. Šo informāciju var atrast ķīmijas uzziņu grāmatās, bet jūs to varat atrast arī tiešsaistē. Tas ir īpatnējais siltums ūdenim c ir vienāds ar 4,19 džouliem uz gramu par katru grādu pēc Celsija - vai 4,1855, ja vēlaties būt ļoti precīzs.
   • Īpatnējais siltums nedaudz mainās atkarībā no temperatūras un spiediena. Dažādās organizācijās un mācību grāmatās tiek izmantotas atšķirīgas "standarta temperatūras", tāpēc konkrētajam ūdens siltumam var atrast pat 4179.
   • Celsija vietā varat izmantot arī Kelvinu, jo 1 grāds abiem ēdieniem ir vienāds (kaut ko sildīt ar 3ºC ir tas pats, kas ar 3 Kelvin). Nelietojiet Fārenheitu, jo pretējā gadījumā rezultāts netiks norādīts Džoulos.
3. Nosakiet objekta pašreizējo temperatūru. Ja objekts ir šķidrums, varat izmantot parasto (dzīvsudraba) termometru. Citiem priekšmetiem jums var būt nepieciešams termometrs ar zondi.
4. Uzkarsē objektu un vēlreiz mēra temperatūru. Tas ļauj izmērīt siltuma daudzumu, kas sildīšanas laikā ir pievienots objektam.
   • Ja vēlaties uzzināt kopējo enerģijas daudzumu, kas uzkrāts siltuma formā, varat izlikties, ka sākotnējā temperatūra bija absolūta nulle: 0 Kelvina vai -273,15 ° C.
5. Pēc karsēšanas atņem sākotnējo temperatūru no temperatūras. Tas dod rezultātam objekta temperatūras izmaiņas. Pieņemot, ka sākotnēji ūdens bija 15 grādi pēc Celsija un pēc karsēšanas tas bija 35 grādi pēc Celsija, temperatūras izmaiņas tāpēc ir 20 grādi pēc Celsija.
6. Reiziniet objekta masu ar īpatnējo siltumu un temperatūras izmaiņām. Jūs rakstāt šo formulu kā H =mcΔT., kur ΔT apzīmē "temperatūras izmaiņas". Šajā piemērā tas kļūst par 500 g x 4,19 x 20 = 41 900 džouliem.
   • Siltumu parasti izsaka kalorijās vai kilokalorijās. Kaloriju definē kā siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai 1 grams ūdens paaugstinātu temperatūru par 1 grādu pēc Celsija, savukārt kilokalorija (vai kalorija) ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai 1 kilogramu ūdens temperatūru paaugstinātu par 1 grādu pēc Celsija. ... Iepriekš minētajā piemērā 500 gramu ūdens temperatūras paaugstināšanai par 20 grādiem pēc Celsija ir nepieciešamas 10 000 kalorijas vai 10 kilokalorijas.

Padomi

• Saistībā ar džoulu ir vēl viena darba un enerģijas vienība, ko sauc par erg; 1 erg ir vienāds ar 1 dyna spēku un 1 cm attālumu. Viens džouls ir vienāds ar 10 000 000 erg.

Brīdinājumi

• Lai gan termini "džouls" un "ņūtonmetrs" attiecas uz vienu un to pašu vienību, praksē "džouls" tiek izmantots, lai norādītu jebkura veida enerģiju un darbam, kas tiek veikts taisnā līnijā, piemēram, augšā kāpšanas piemērā. Ja to izmanto, lai aprēķinātu griezes momentu (spēks uz rotējošu objektu), mēs dodam priekšroku terminam "ņūtonmetrs".

Nepieciešamība

Darba vai kinētiskās enerģijas aprēķināšana:

• Hronometrs vai taimeris
• Svari vai līdzsvars
• Kalkulators ar kosinusa funkciju (tikai darbam, ne vienmēr nepieciešams)

Elektriskās enerģijas aprēķināšana:

• Pretestība
• Vadi vai testa dēlis
• Multimetrs (vai ommetrs un strāvas mērītājs)
• Fahnestock vai aligatora klipi

Karstums:

• Apsildāms objekts
• Siltuma avots (piemēram, Bunsen deglis)
• Termometrs (šķidruma termometrs vai termometrs ar zondi)
• Ķīmijas / ķīmijas atsauce (sildāmā objekta īpatnējā siltuma noteikšanai)