A brit fizikus, James Edward Joule után elnevezett joule (J) a nemzetközi metrikus rendszer egyik alapegysége. A joule -t munka, energia és hő egységként használják, és széles körben használják a tudományos alkalmazásokban. Ha joule -ban szeretné válaszolni, mindig ügyeljen arra, hogy szabványos tudományos egységeket használjon. A láb-font vagy brit hőegység (BTU) még mindig használatos bizonyos területeken, de nem a fizikai házi feladatokban.
Lépés
1. módszer az 5 -ből: A munka kiszámítása joule -ban
1. lépés: Ismerje meg a fizikai munkát
Ha egy dobozt átnyom egy szobán, akkor erőfeszítéseket tett. Ha felemeli a dobozt, akkor is erőfeszítéseket tett. Két fontos kritériumnak kell léteznie az "üzletben":
- Állandó stílust adsz.
- Ez az erő a tárgyakat az erővel azonos irányba mozgatja.
2. lépés: Az üzlet meghatározásának megértése
Az erőfeszítés könnyen kiszámítható. Csak szorozza meg az erő mennyiségét és a tárgy teljes megtett távolságát. Általában a tudósok az erőt newtonban, a távolságot méterben fejezik ki. Ha mindkét egységet használja, a kapott munkaegység Joules.
Amikor elolvas egy üzleti kérdéseket, álljon meg és gondolja át, hol van a stílus. Ha felemeli a dobozt, akkor nyomja felfelé, így a doboz felfelé mozog. Tehát a doboz által megtett távolság az, hogy milyen magasra emelkedett. Amikor azonban legközelebb a dobozzal lép előre, ebben a folyamatban nem történik erőfeszítés. Még akkor is, ha még mindig felfelé tolja a dobozt, nehogy leessen, már nem mozog felfelé
3. lépés. Keresse meg az elmozduló tárgy tömegét
Egy tárgy tömege szükséges a mozgatásához szükséges erő kiszámításához. Példánkban tegyük fel, hogy a rakomány tömege 10 kilogramm (kg).
Kerülje a font vagy más nem szabványos egység használatát, különben a végső válasz nem joule-ban lesz
4. lépés. Számítsa ki a stílust
Erő = tömeg x gyorsulás. Példánkban a súlyt egyenesen felfelé emelve a gyorsulás a gravitációnak köszönhető, amely normál körülmények között 9,8 méter/sec sebességgel gyorsítja lefelé a tárgyat.2. Számítsa ki a terhelés felfelé mozgatásához szükséges erőt (10 kg) x (9,8 m/s) szorzásával2) = 98 kg m/s2 = 98 newton (N).
Ha a tárgyat vízszintesen mozgatja, a gravitációnak nincs hatása. A probléma megkérheti Önt, hogy számítsa ki a súrlódás ellenállásához szükséges erőt. Ha a probléma azt jelzi, hogy egy objektum milyen gyorsulást mutat, akkor megszorozzuk az ismert gyorsulást a tömegével
5. lépés. Mérje meg a megtett elmozdulást
Ebben a példában tegyük fel, hogy a terhet 1,5 méter (m) magasságra emelik. Az elmozdulást méterben kell mérni, különben a végső válasz nem joule -ban lesz.
6. lépés: Szorozzuk meg az erőt az elmozdulással
Egy 98 newton súly 1,5 méter magas emeléséhez 98 x 1,5 = 147 joule munkát kell elvégeznie.
7. lépés. Számítsa ki az objektum egy bizonyos szögben történő mozgatására végzett munkát
A fenti példánk egyszerű: valaki előrenyomást gyakorol egy objektumra, és a tárgy előrehalad. Néha az erő iránya és a tárgy mozgása nem azonos, mert több erő hat a tárgyra. A következő példában kiszámítjuk, hogy hány joule szükséges ahhoz, hogy a gyermek 25 méteres szánkót húzzon sík hóban, a kötelet 30 ° -os szögben felfelé húzva. Ehhez a feladathoz dolgozzon = erő x koszinusz (θ) x elmozdulás. A szimbólum a görög théta betű, és az erő iránya és a mozgás iránya közötti szöget írja le.
8. lépés. Keresse meg a teljes alkalmazott erőt
Ehhez a problémához tegyük fel, hogy egy gyerek húz egy húrt 10 newton erővel.
Ha a probléma jobbra, felfelé irányuló erőt vagy mozgásirányú erőt fejt ki, akkor ezek az erők már az erő x koszinusz (θ) részét teszik ki, és előre ugorhat, és tovább szorozhatja az értékeket
9. lépés. Számítsa ki a megfelelő erőt
Csak néhány stílus húzza előre a szánt. Ahogy a húr felfelé mutat, egy másik erő megpróbálja felhúzni, a gravitáció ellen. Számítsa ki a mozgás irányába kifejtett erőt:
- Példánkban a sík hó és a kötél közötti szög 30º.
- Számítsa ki a cos (θ) értéket. cos (30º) = (√3)/2 = körülbelül 0,866. Számológéppel is megtalálhatja ezt az értéket, de győződjön meg arról, hogy a számológép ugyanazokat az egységeket használja, mint a szögmérés (fokban vagy radiánban).
- Szorozzuk meg a teljes erőt x cos (θ). Példánkban 10 N x 0,866 = 8,66 erő a mozgás irányába.
10. lépés: Szorozzuk meg az erőt x elmozdulást
Most, hogy ismerjük a mozgás irányába haladó erőt, a szokásos módon kiszámíthatjuk a munkát. Problémánk azt mondja, hogy a szán 20 métert halad előre, ezért számolja ki 8,66 N x 20 m = 173,2 joule munkát.
2. módszer az 5 -ből: Joules kiszámítása wattból
1. lépés. Ismerje meg a hatalmat és az energiát
A watt a teljesítmény vagy az energiafelhasználás mértékegysége (az energia osztva az idővel). Míg a Joule egy energiaegység. Ahhoz, hogy Watts -t Joules -re konvertáljon, meg kell határoznia az időt. Minél tovább áramlik az elektromos áram, annál nagyobb az energiafelhasználás.
2. lépés: Szorozzuk meg a wattokat másodpercekkel, hogy megkapjuk a joule -t
Egy 1 Wattos készülék 1 Joule energiát fogyaszt 1 másodpercenként. Ha megszorozzuk a wattok számát másodpercekkel, akkor joule -t kapunk. Ahhoz, hogy megtudja, mennyi energiát fogyaszt egy 60 W -os lámpa 120 másodperc alatt, mindössze meg kell szoroznia a 60 watt x 120 másodperc = 7200 joule -t.
Ez a képlet bármilyen wattban kifejezett teljesítményre használható, de általában villamos energiában
3. módszer az 5 -ből: A kinetikus energia kiszámítása joule -ban
1. lépés: A mozgási energia megértése
A kinetikus energia az energia mennyisége mozgás formájában. Más energiaegységekhez hasonlóan a kinetikus energia džoule -ban is írható.
A kinetikus energia egyenlő azzal a munkamennyiséggel, amelyet egy statikus objektum bizonyos sebességre történő felgyorsítása érdekében végeznek. Amint az objektum eléri ezt a sebességet, az objektum megtart bizonyos mennyiségű mozgási energiát mindaddig, amíg az energia hővé (súrlódásból), gravitációs potenciális energiává (a gravitációval szembeni mozgásból) vagy más típusú energiává válik
2. lépés. Keresse meg az objektum tömegét
Például egy kerékpár és egy kerékpáros mozgási energiáját mérjük. Például a versenyző tömege 50 kg, kerékpárja pedig 20 kg, m össztömege 70 kg. Most a kettőt egy 70 kg tömegű objektumnak tekintjük, mert mindkettő azonos sebességgel fog mozogni.
3. lépés. Számítsa ki a sebességet
Ha már ismeri a kerékpáros sebességét vagy sebességét, írja le, és lépjen tovább. Ha ki kell számítania a sebességet, használja az alábbi módszerek egyikét. Ne feledje, hogy a sebességet keressük, nem a sebességet (ami egy adott irányú sebesség), bár a v rövidítést gyakran használják. Hagyja figyelmen kívül a kerékpáros bármelyik fordulatát, és feltételezze, hogy a teljes távot egyenes vonal teszi meg.
- Ha a kerékpáros állandó sebességgel halad (nem gyorsul), mérje meg a kerékpáros által megtett távolságot méterben, és ossza el a távolság megtételéhez szükséges másodpercekkel. Ez a számítás az átlagos sebességet adja, amely ebben az esetben megegyezik a pillanatnyi sebességgel.
- Ha a kerékpáros állandó gyorsulást tapasztal, és nem változtat irányt, számítsa ki sebességét a t időpontban a t = (gyorsulás) (t) + kezdeti sebesség időbeli képletével. Használja a másodpercet az idő mérésére, méter/másodperc a sebesség mérésére és m/s2 gyorsulás mérésére.
4. lépés. Csatlakoztassa ezeket a számokat a következő képlethez
Kinetikus energia = (1/2) m v 2. Például, ha egy kerékpáros 15 m/s sebességgel mozog, mozgási energiája EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 newtonméter = 7875 joule.
A mozgási energia képlete a munka definíciójából, W = FΔs és a v kinematikai egyenletből származtatható2 = v02 + 2aΔs. s a pozíció vagy a megtett távolság megváltozását jelenti.
4. módszer az 5 -ből: Hő kiszámítása joule -ban
1. lépés Keresse meg a fűtött tárgy tömegét
Méréshez használjon mérleget vagy rugós mérleget. Ha a tárgy folyadék, először mérje meg az üres tartályt, amelyben a folyadék található, és keresse meg a tömegét. A folyadék tömegének megállapításához ki kell vonni a tartály tömegéből és a folyadékból. Ebben a példában tegyük fel, hogy a tárgy 500 gramm víz.
Használjon grammokat, ne más egységeket, különben az eredmény nem lesz joule
2. lépés. Keresse meg az objektum fajhőjét
Ez az információ megtalálható a kémiai referenciákban, mind könyv formájában, mind online. Víz esetében a fajlagos hő 4,19 joule / gramm minden felmelegített Celsius -fokon - vagy 4,1855, ha a pontos értékre van szüksége.
- A tényleges fajhő kissé változik a hőmérséklettől és a nyomástól függően. A különböző szervezetek és tankönyvek eltérő szabványos hőmérsékleteket használnak, ezért előfordulhat, hogy a víz fajlagos hője a 4.179.
- A Kelvin -t Celsius helyett is használhatja, mert a hőmérsékletkülönbség mindkét egységnél azonos (3 ° C -kal történő fűtés egyenlő 3 Kelvin -felmelegítéssel). Ne használja a Fahrenheit -et, különben az eredmény nem lesz joule -ban.
3. lépés Keresse meg az objektum kezdeti hőmérsékletét
Ha a tárgy folyadék, használhat higanyos hőmérőt. Bizonyos elemekhez szondás hőmérőre lehet szüksége.
4. lépés Melegítse fel a tárgyat, és mérje meg újra a hőmérsékletet
Ez méri a tárgy hőnövekedését a fűtés során.
Ha meg szeretné mérni a hőként tárolt energia teljes mennyiségét, akkor feltételezheti, hogy a kezdeti hőmérséklet abszolút nulla: 0 Kelvin vagy -273,15ºC. Ez nem túl hasznos
5. lépés Vonja le a kezdeti hőmérsékletet a fűtési hőmérsékletből
Ez a csökkentés bizonyos fokú hőmérsékletváltozást eredményez az objektumban. Feltételezve, hogy a víz korábban 15 Celsius fok volt és 35 Celsius fokig melegített, a hőmérséklet 20 Celsius fokra változik.
6. lépés: Szorozzuk meg az objektum tömegét fajlagos hőjével és a hőmérsékletváltozás nagyságával
A képlet Q = mc T, ahol T a hőmérséklet változása. Ebben a példában ez 500 g x 4, 19 x 20 vagy 41 900 joule lenne.
A hőt gyakrabban írják a kalória- vagy kilokalória -metrikus rendszerbe. A kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 gramm víz hőmérsékletét 1 Celsius fokkal megemeljük, míg a kilokalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 kilogramm víz hőmérsékletét 1 Celsius fokkal megemeljük. A fenti példában az 500 gramm víz hőmérsékletének 20 Celsius fokkal történő megemelése 10 000 kalóriát vagy 10 kilokalóriát fogyaszt
5. módszer az 5 -ből: Joules kiszámítása elektromos energiaként
1. lépés: Az alábbi lépések segítségével számítsa ki az áramlást az elektromos áramkörben
Az alábbi lépések gyakorlati példaként vannak felsorolva, de a módszert az írásbeli fizikai feladatok megértésére is használhatja. Először kiszámítjuk a P teljesítményt a P = I képlet segítségével2 x R, ahol I az áram amperben és R az ellenállás ohmban. Ezek az egységek wattban termelnek energiát, így innentől kezdve az előző lépés képletét használhatjuk joule energia kiszámítására.
2. lépés. Válasszon egy ellenállást
Az ellenállásokat ohmban mérik, a méreteket közvetlenül írják, vagy színes vonalak gyűjteményével ábrázolják. Ellenőrizheti az ellenállás ellenállását ohmmérővel vagy multiméterrel is. Ebben a példában feltételezzük, hogy az ellenállás 10 ohm.
3. lépés: Csatlakoztassa az ellenállást az áramforráshoz
Csatlakoztathatja a vezetékeket az ellenálláshoz Fahnestock vagy alligátor kapcsokkal, vagy csatlakoztathatja az ellenállást egy tesztlaphoz.
4. lépés. Áramlás az áramkörön keresztül egy bizonyos időintervallumon keresztül
Ebben a példában 10 másodperces intervallumot használunk.
5. lépés. Mérje meg az áramerősséget
Tegye ezt ampermérővel vagy multiméterrel. A legtöbb háztartási áramot milliamperben vagy több ezer amperben mérik, tehát feltételezzük, hogy az áram 100 milliamper vagy 0,1 amper.
6. lépés. Használja a P = I képletet2 x R.
A teljesítmény megtalálásához szorozza meg az áram négyzetét az ellenállással. Ez a teljesítményt wattban adja. A 0.1 négyzetbe adása 0,01 eredményt ad, 10 -gyel megszorozva 0,1 watt vagy 100 milliwatt teljesítményt kapunk.
7. lépés: Szorozzuk meg a teljesítményt az eltelt idővel
Ez a szorzás megadja az energiát joule -ban. 0,1 watt x 10 másodperc 1 joule elektromos energia.
