Kaip apskaičiuoti džaulius

Turinys

Žingsniai
1 metodas iš 5: darbo (J) apskaičiavimas
2 metodas iš 5: apskaičiuokite energiją (J) pagal tam tikrą galią (W)
3 metodas iš 5: kinetinės energijos (J) apskaičiavimas
4 metodas iš 5: Šilumos kiekio (J) apskaičiavimas
5 metodas iš 5: elektros energijos (J) apskaičiavimas
Patarimai
Įspėjimai
Ko tau reikia

Džoulis (J) yra vienas iš svarbiausių vienetų Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI). Džoulas matuoja darbą, energiją ir šilumą. Norėdami parodyti galutinį rezultatą džauliais, naudokite SI vienetus.Jei užduotyje nurodyti kiti matavimo vienetai, konvertuokite juos į tarptautinės vienetų sistemos matavimo vienetus.

Žingsniai

1 metodas iš 5: darbo (J) apskaičiavimas

1 Darbo fizikoje samprata. Jei perkelsite dėžutę, atliksite darbą. Jei pakeliate dėžę, tada atlikote darbą. Kad darbas būtų atliktas, turi būti įvykdytos dvi sąlygos:
- Jūs taikote nuolatinę jėgą.
- Veikiant jėgai, kūnas juda jėgos veikimo kryptimi.
2 Apskaičiuokite darbą. Norėdami tai padaryti, padauginkite jėgą ir atstumą (kuriuo kūnas judėjo). SI jėga matuojama niutonais, o atstumas - metrais. Jei naudosite šiuos įrenginius, gautas darbas bus matuojamas džauliais.
- Sprendžiant problemas, nustatykite taikomos jėgos kryptį. Keldami dėžę, jėga nukreipiama iš apačios į viršų, tačiau jei paimsite dėžutę į rankas ir nueisite tam tikrą atstumą, tuomet darbo neatliksite - taikote jėgą, kad dėžė nenukristų, bet ši jėga nejudina dėžės.
3 Raskite savo kūno svorį. Tai būtina norint apskaičiuoti jėgą, kurią reikia pritaikyti kūno judėjimui. Apsvarstykite pavyzdį: apskaičiuokite sportininko atliktą darbą pakeliant (nuo grindų iki krūtinės) štangą, sveriančią 10 kg.
- Jei problemoje yra nestandartinių matavimo vienetų, konvertuokite juos į SI vienetus.
4 Apskaičiuokite stiprumą. Jėga = masė x pagreitis. Mūsų pavyzdyje atsižvelgiame į gravitacijos pagreitį, kuris yra lygus 9,8 m / s. Jėga, kurią reikia panaudoti strypo perkėlimui aukštyn, yra 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Jei kūnas juda horizontalioje plokštumoje, nekreipkite dėmesio į pagreitį dėl gravitacijos. Galbūt užduočiai reikės apskaičiuoti jėgą, reikalingą trinčiai įveikti. Jei užduotyje nurodomas pagreitis, tiesiog padauginkite jį iš nurodytos kūno masės.
5 Išmatuokite nuvažiuotą atstumą. Mūsų pavyzdyje tarkime, kad juosta pakelta į 1,5 m aukštį. (Jei užduotyje nurodyti nestandartiniai matavimo vienetai, konvertuokite juos į SI vienetus.)
6 Padauginkite jėgą iš atstumo. Norėdami pakelti 10 kg sveriančią štangą į 1,5 m aukštį, sportininkas atliks 98 x 1,5 = 147 J.
7 Apskaičiuokite darbą, kai jėga nukreipta kampu. Ankstesnis pavyzdys buvo gana paprastas: kūno jėgos ir judėjimo kryptys sutapo. Tačiau kai kuriais atvejais jėga nukreipta kampu į važiavimo kryptį. Apsvarstykite pavyzdį: apskaičiuokite darbą, kurį atliko vaikas, traukdamas 25 m roges su virve, kuri yra 30 laipsnių nuo horizontalės. Šiuo atveju darbas = jėga x kosinusas (θ) x atstumas. Kampas θ yra kampas tarp jėgos krypties ir judėjimo krypties.
8 Raskite visą taikomą jėgą. Mūsų pavyzdyje tarkime, kad vaikas veikia 10 N jėgą.
- Jei problema sako, kad jėga yra nukreipta aukštyn, arba į dešinę / kairę, arba jos kryptis sutampa su kūno judėjimo kryptimi, tada, norėdami apskaičiuoti darbą, tiesiog padauginkite jėgą ir atstumą.
9 Apskaičiuokite atitinkamą jėgą. Mūsų pavyzdyje tik dalis visos jėgos traukia roges į priekį. Kadangi virvė nukreipta aukštyn (kampu į horizontalią), kita visos jėgos dalis bando pakelti roges. Todėl apskaičiuokite jėgą, kurios kryptis sutampa su judėjimo kryptimi.
- Mūsų pavyzdyje kampas θ (tarp žemės ir virvės) yra 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Raskite šią vertę naudodami skaičiuotuvą; nustatykite skaičiuotuvo kampo vienetą laipsniais.
- Padauginkite bendrą jėgą iš cosθ. Mūsų pavyzdyje: 10 x 0,866 = 8,66 N - tai jėga, kurios kryptis sutampa su judėjimo kryptimi.
10 Padauginkite atitinkamą jėgą iš atstumo, kad apskaičiuotumėte darbą. Mūsų pavyzdyje: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

2 metodas iš 5: apskaičiuokite energiją (J) pagal tam tikrą galią (W)

1 Galia ir energija. Galia matuojama vatais (W) ir apibūdina energijos pasikeitimo, konversijos, perdavimo ar vartojimo greitį, kuris matuojamas džauliais (J).Norėdami apskaičiuoti tam tikros galios (W) energiją (J), turite žinoti laiko trukmę.
2 Norėdami apskaičiuoti energiją (J), padauginkite galią (W) iš laiko (-ų). Įrenginys, kurio galia 1 W, sunaudoja 1 J energijos per 1 s. Pavyzdžiui, apskaičiuokime 60 W lemputės 120 sekundžių sunaudotą energiją: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Ši formulė tinka bet kuriai galiai, matuojamai vatais, tačiau dažniausiai naudojama atliekant užduotis, susijusias su elektra.

3 metodas iš 5: kinetinės energijos (J) apskaičiavimas

1 Kinetinė energija yra judesio energija. Jis gali būti išreikštas džauliais (J).
- Kinetinė energija prilygsta darbui, padarytam paspartinant nejudantį kūną iki tam tikro greičio. Pasiekus tam tikrą greitį, kūno kinetinė energija išlieka pastovi, kol ji virsta šiluma (nuo trinties), gravitacine potencialia energija (judant prieš gravitaciją) ar kitomis energijos rūšimis.
2 Raskite savo kūno svorį. Pavyzdžiui, apskaičiuokite dviračio ir dviratininko kinetinę energiją. Dviratininkas sveria 50 kg, o dviratis - 20 kg, o tai reiškia, kad bendras kūno svoris yra 70 kg (dviratį ir dviratininką laikykite vienu kūnu, nes jie judės ta pačia kryptimi ir tuo pačiu greičiu).
3 Apskaičiuokite greitį. Jei užduotyje nurodytas greitis, pereikite prie kito žingsnio; kitu atveju apskaičiuokite jį vienu iš žemiau pateiktų metodų. Atkreipkite dėmesį, kad greičio kryptis čia yra nereikšminga; Be to, tarkime, kad dviratininkas važiuoja tiesia linija.
- Jei dviratininkas važiavo pastoviu greičiu (be pagreičio), išmatuokite nuvažiuotą atstumą (m) ir padalinkite jį iš laiko (-ų), kurio reikia šiam atstumui įveikti. Tai suteiks jums vidutinį greitį.
- Jei dviratininkas įsibėgėjo, o pagreičio vertė ir judėjimo kryptis nepasikeitė, tada greitis tam tikru laiku t apskaičiuojamas pagal formulę: pagreitis x t + pradinis greitis. Laikas matuojamas sekundėmis, greitis - m / s, pagreitis - m / s.
4 Įtraukite reikšmes į formulę. Kinetinė energija = (1/2) mv, kur m yra masė, v yra greitis. Pavyzdžiui, jei dviratininko greitis yra 15 m / s, jo kinetinė energija K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
- Kinetinės energijos apskaičiavimo formulė gaunama iš darbo apibrėžimo (W = FΔs) ir kinematinės lygties (v = v₀ + 2aΔs, kur Δs yra nuvažiuotas atstumas).

4 metodas iš 5: Šilumos kiekio (J) apskaičiavimas

1 Raskite įkaitinto kūno masę. Norėdami tai padaryti, naudokite svarstykles arba spyruoklines svarstykles. Jei kūnas yra skystis, pirmiausia pasverkite tuščią indą (į kurį pilsite skystį), kad surastumėte jo masę. Pasvėrus skystį, iš šios vertės atimkite tuščio indo masę, kad rastumėte skysčio masę. Pavyzdžiui, apsvarstykite 500 g vandens.
- Kad rezultatas būtų matuojamas džauliais, masė turi būti matuojama gramais.
2 Raskite specifinę kūno šilumą. Jį galima rasti chemijos, fizikos vadovėlyje arba internete. Savitoji vandens šiluminė talpa yra 4,19 J / g.
- Specifinė šiluma šiek tiek skiriasi priklausomai nuo temperatūros ir slėgio. Pavyzdžiui, kai kuriuose šaltiniuose vandens savitoji šiluminė talpa yra 4,18 J / g (kadangi skirtingi šaltiniai pasirenka skirtingas „etaloninės temperatūros“ vertes).
- Temperatūrą galima išmatuoti Kelvino arba Celsijaus laipsniais (nes skirtumas tarp dviejų temperatūrų bus vienodas), bet ne Farenheito laipsniais.
3 Raskite pradinę kūno temperatūrą. Jei kūnas yra skystas, naudokite termometrą.
4 Įkaitinkite kūną ir suraskite jo galutinę temperatūrą. Tokiu būdu galite rasti šilumos kiekį, kuris perduodamas kūnui, kai jis šildomas.
- Jei norite rasti visą energiją, paverstą šiluma, pradinę kūno temperatūrą laikykite absoliučia nuliu (0 Kelvino arba -273,15 Celsijaus). Paprastai tai netaikoma.
5 Atimkite pradinę kūno temperatūrą iš galutinės temperatūros, kad nustatytumėte kūno temperatūros pokyčius. Pavyzdžiui, vanduo šildomas nuo 15 laipsnių Celsijaus iki 35 laipsnių Celsijaus, tai yra, vandens temperatūros pokytis yra 20 laipsnių Celsijaus.
6 Padauginkite kūno svorį, jo specifinę šilumą ir kūno temperatūros pokyčius. Formulė: H = mcΔT, kur ΔT yra temperatūros pokytis. Mūsų pavyzdyje: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Šiluma kartais matuojama kalorijomis arba kilokalorijomis. Kalorijos - tai šilumos kiekis, reikalingas 1 gramo vandens temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus; kilokalorijos - tai šilumos kiekis, reikalingas 1 kg vandens temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus. Aukščiau pateiktame pavyzdyje 500 gramų vandens temperatūrai pakelti 20 laipsnių Celsijaus prireiks 10 000 kalorijų arba 10 kcal.

5 metodas iš 5: elektros energijos (J) apskaičiavimas

1 Tai apibūdina energijos srauto elektros grandinėje apskaičiavimo metodą. Pateikiamas praktinis pavyzdys, kuriuo remiantis galima spręsti fizines problemas. Pirmiausia apskaičiuokime galią pagal formulę P = I x R, kur I yra srovės stipris (A), R yra varža (omas). Rasite galią (W), kuria galite apskaičiuoti energiją (J) (žr. Antrąjį skyrių).
2 Paimkite rezistorių. Rezistoriaus pasipriešinimo reikšmė (omai) nurodoma skaičiumi arba spalviniu ženklu. Taip pat galite nustatyti rezistoriaus varžą, prijungę jį prie ommetro arba multimetro. Pavyzdžiui, paimkime 10 omų rezistorių.
3 Prijunkite rezistorių prie srovės šaltinio. Norėdami tai padaryti, naudokite krokodilo spaustukus arba eksperimentinį stovą su elektros grandine.
4 Tam tikrą laiką praleiskite srovę per grandinę. Pavyzdžiui, darykite tai 10 sekundžių.
5 Nustatykite srovės stiprį. Norėdami tai padaryti, naudokite ampermetrą arba multimetrą. Pavyzdžiui, srovė yra 100 mA = 0,1 A.
6 Apskaičiuokite galią (W) pagal formulę P = I x R. Mūsų pavyzdyje: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Padauginkite galią ir laiką, kad surastumėte energiją (J). Mūsų pavyzdyje: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Kadangi 1 džaulis yra maža vertė, o elektros prietaisų galia nurodoma vatais, milivatais ir kilovatais, būsto ir komunalinių paslaugų sektoriuje energija paprastai matuojama kilovatvalandėmis. Jei 1 W = 1 J / s, tai 1 J = 1 W ∙ s; jei 1 kW = 1 kJ / s, tai 1 kJ = 1 kW ∙ s. Kadangi 1 h = 3600 s, tada 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Patarimai

SI, energija ir darbas taip pat matuojami ergais. 1 erg = 1 dyne (jėgos matavimo vienetas) x 1 cm. 1 J = 10 000 000 erg.

Įspėjimai

Džoulis ir niutono metras yra darbo matavimo vienetai. Džoulas matuoja energiją ir atliktą darbą, kai kūnas juda tiesia linija. Jei kūnas sukasi, matavimo vienetas yra niutono metras.