Die joule (J) is vernoem na die Britse fisikus James Edward Joule, en is een van die basiese eenhede van die internasionale metrieke stelsel. Die joule word gebruik as 'n eenheid van werk, energie en hitte, en word wyd gebruik in wetenskaplike toepassings. As u u antwoord in joules wil hê, moet u altyd standaard wetenskaplike eenhede gebruik. Die voet-pond of Britse eenheid van hitte (BTU) word steeds op sommige gebiede gebruik, maar nie in u fisika-huiswerk nie.
Stap
Metode 1 van 5: Berekening van werk in Joules
Stap 1. Verstaan werk in fisika
As jy 'n boks deur 'n kamer druk, het jy moeite gedoen. As u die boks oplig, het u ook moeite gedoen. Daar is twee belangrike kriteria wat in die 'onderneming' moet bestaan:
- U bied 'n vaste styl.
- Hierdie krag laat voorwerpe in dieselfde rigting beweeg as die krag.
Stap 2. Verstaan die definisie van besigheid
Poging is maklik om te bereken. Vermenigvuldig net die hoeveelheid krag en die totale afstand wat die voorwerp afgelê het. Gewoonlik druk wetenskaplikes krag uit in Newton en afstand in meter. As u albei hierdie eenhede gebruik, is die resulterende werkeenheid Joules.
As u 'n vraag oor besigheid lees, moet u stilstaan en dink waar die styl is. As jy die boks lig, druk jy dit omhoog sodat die boks opbeweeg. Die afstand wat die boks aflê, is dus hoe hoog dit beweeg het. Die volgende keer dat u met die boks vorentoe stap, word daar egter geen moeite gedoen nie. Selfs as u die boks steeds omhoog druk om te voorkom dat dit val, beweeg dit nie meer op nie
Stap 3. Vind die massa van die voorwerp wat verplaas word
Die massa van 'n voorwerp is nodig om die krag te bereken wat nodig is om dit te beweeg. Gestel in ons voorbeeld dat die las 'n massa van 10 kilogram (kg) het.
Vermy die gebruik van pond of ander nie-standaard eenhede, anders sal u finale antwoord nie in joules wees nie
Stap 4. Bereken die styl
Krag = massa x versnelling. In ons voorbeeld is die versnelling wat ons uitoefen, te danke aan swaartekrag, wat die gewig reguit optel, wat onder normale omstandighede die voorwerp met 9,8 meter/sekonde afwaarts versnel.2. Bereken die krag wat nodig is om ons vrag op te skuif deur (10 kg) x (9,8 m/s2) = 98 kg m/s2 = 98 newton (N).
As die voorwerp horisontaal beweeg word, het swaartekrag geen effek nie. Die probleem kan u vra om die krag te bereken wat nodig is om wrywing te weerstaan. As die probleem jou die versnelling van 'n voorwerp vertel terwyl dit gestoot word, kan jy die bekende versnelling met die massa daarvan vermenigvuldig
Stap 5. Meet die verplaasde verplasing
Gestel in hierdie voorbeeld, word 'n vrag tot 1,5 meter (m) gelig. Die verplasing moet in meter gemeet word, anders is u finale antwoord nie in joules nie.
Stap 6. Vermenigvuldig die krag met die verplasing
Om 'n gewig van 98 newton 1,5 meter hoog te lig, moet u 98 x 1,5 = 147 joules werk doen.
Stap 7. Bereken die werk wat gedoen is om die voorwerp in 'n sekere hoek te beweeg
Ons voorbeeld hierbo is eenvoudig: iemand oefen 'n voorwaartse krag op 'n voorwerp uit, en die voorwerp beweeg vorentoe. Soms is die rigting van die krag en die beweging van die voorwerp nie dieselfde nie, want daar is verskeie kragte wat op die voorwerp inwerk. In die volgende voorbeeld sal ons die aantal joule bereken wat nodig is vir 'n kind om 'n slee van 25 meter deur plat sneeu te trek deur die tou teen 'n hoek van 30º op te trek. Vir hierdie probleem, werk = krag x cosinus (θ) x verplasing. Die simbool is die Griekse letter theta, en beskryf die hoek tussen die rigting van die krag en die bewegingsrigting.
Stap 8. Vind die totale toegepaste krag
Gestel 'n kind trek 'n tou met 'n krag van 10 newton vir hierdie probleem.
As die probleem 'n krag na regs, 'n opwaartse krag of 'n krag in die bewegingsrigting uitoefen, is hierdie kragte reeds verantwoordelik vir die x -kosinus (θ) gedeelte van die krag, en u kan vorentoe spring en voortgaan met die vermenigvuldiging van die waardes
Stap 9. Bereken die ooreenstemmende krag
Slegs 'n paar style trek die slee vorentoe. Terwyl die tou na bo wys, probeer 'n ander krag dit omhoog trek teen swaartekrag. Bereken die krag wat in die bewegingsrigting uitgeoefen word:
- In ons voorbeeld is die hoek tussen die plat sneeu en die tou 30º.
- Bereken cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = ongeveer 0,866. U kan 'n sakrekenaar gebruik om hierdie waarde te vind, maar maak seker dat u sakrekenaar dieselfde eenhede gebruik as u hoekmeting (grade of radiale).
- Vermenigvuldig die totale krag x cos (θ). In ons voorbeeld is 10 N x 0,866 = 8,66 kragte in die bewegingsrigting.
Stap 10. Vermenigvuldig die krag x verplasing
Noudat ons die krag ken wat in die bewegingsrigting vorder, kan ons die werk soos gewoonlik bereken. Ons probleem vertel ons dat die slee 20 meter vorentoe beweeg, dus bereken 8,66 N x 20 m = 173,2 joule werk.
Metode 2 van 5: Die berekening van Joule uit Watts
Stap 1. Verstaan krag en energie
Watt is 'n eenheid van krag of tempo van energieverbruik (energie gedeel deur tyd). Terwyl Joule 'n eenheid van energie is. Om Watts na Joules om te skakel, moet u die tyd bepaal. Hoe langer die elektriese stroom vloei, hoe groter is die energieverbruik.
Stap 2. Vermenigvuldig Watt met sekondes om Joules te kry
'N 1 Watt -toestel verbruik elke 1 sekonde 1 Joule energie. As u die aantal Watt met sekondes vermenigvuldig, kry u Joules. Om uit te vind hoeveel energie 'n 60W -lamp in 120 sekondes verbruik, hoef u net 60 watt x 120 sekondes te vermenigvuldig = 7 200 Joule.
Hierdie formule kan gebruik word vir enige krag uitgedruk in Watts, maar gewoonlik in elektrisiteit
Metode 3 van 5: Berekening van kinetiese energie in Joules
Stap 1. Verstaan kinetiese energie
Kinetiese energie is die hoeveelheid energie in die vorm van beweging. Net soos ander energie -eenhede, kan kinetiese energie in joule geskryf word.
Kinetiese energie is gelyk aan die hoeveelheid werk wat gedoen word om 'n statiese voorwerp tot 'n sekere spoed te versnel. Sodra die voorwerp die spoed bereik, behou die voorwerp 'n sekere hoeveelheid kinetiese energie totdat die energie in hitte verander (uit wrywing), gravitasie potensiële energie (deur te beweeg teen swaartekrag) of ander soorte energie
Stap 2. Vind die massa van die voorwerp
Ons meet byvoorbeeld die kinetiese energie van 'n fiets en 'n fietsryer. Die ruiter het byvoorbeeld 'n massa van 50 kg, en sy fiets het 'n massa van 20 kg, vir 'n totale massa van 70 kg. Nou beskou ons die twee as een voorwerp met 'n massa van 70 kg, omdat hulle albei teen dieselfde spoed sal beweeg.
Stap 3. Bereken die spoed
As u reeds die spoed of spoed van die fietsryer ken, skryf dit neer en gaan aan. As u die snelheid moet bereken, gebruik een van die onderstaande metodes. Let daarop dat ons op soek is na spoed, nie na snelheid (wat spoed in 'n gegewe rigting is), hoewel die afkorting v dikwels gebruik word. Ignoreer enige draaie wat die fietsryer maak en neem aan dat die hele afstand in 'n reguit lyn afgelê is.
- As die fietsryer teen 'n konstante spoed beweeg (nie versnel nie), meet die afstand wat die fietsryer in meter aflê en deel deur die aantal sekondes wat dit sal neem om die afstand af te lê. Hierdie berekening sal die gemiddelde snelheid oplewer, wat in hierdie geval gelyk is aan die momentane snelheid.
- As die fietsryer konstante versnelling ervaar en nie van rigting verander nie, bereken sy spoed op tyd t met behulp van die formule vir spoed op tyd t = (versnelling) (t) + aanvanklike spoed. Gebruik tweede om tyd te meet, meter/sekonde om spoed te meet, en m/s2 versnelling te meet.
Stap 4. Koppel hierdie getalle in die volgende formule
Kinetiese energie = (1/2) m v 2. Byvoorbeeld, as 'n fietsryer met 'n spoed van 15 m/s beweeg, is sy kinetiese energie EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 newton meter = 7875 joule.
Die formule vir kinetiese energie kan afgelei word van die definisie van werk, W = FΔs, en die kinematiese vergelyking v2 = v02 + 2aΔs. s verteenwoordig 'n verandering in posisie of afstand afgelê.
Metode 4 van 5: Berekening van hitte in Joules
Stap 1. Vind die massa van die voorwerp wat verhit word
Gebruik 'n skaal of veerbalans om dit te meet. As die voorwerp 'n vloeistof is, meet eers die leë houer waarin die vloeistof is en vind die massa daarvan. U moet dit aftrek van die massa van die houer plus die vloeistof om die massa van die vloeistof te vind. Laat ons in hierdie voorbeeld sê dat die voorwerp 500 gram water is.
Gebruik gram, nie ander eenhede nie, anders sal die resultaat nie joule wees nie
Stap 2. Vind die spesifieke hitte van die voorwerp
Hierdie inligting kan gevind word in chemieverwysings, beide in boekvorm en aanlyn. Vir water is die spesifieke hitte van c 4,19 joule per gram vir elke graad Celsius wat dit verhit word - of 4,1855, as u die presiese waarde benodig.
- Die werklike spesifieke hitte wissel effens, gebaseer op die temperatuur en druk. Verskillende organisasies en handboeke gebruik verskillende standaardtemperature, sodat u die spesifieke hitte van water as 4.179 kan sien.
- U kan Kelvin in plaas van Celsius gebruik, want die temperatuurverskil is dieselfde vir beide eenhede (verwarming van iets met 3 ºC is gelyk aan verwarming met 3 Kelvin). Moenie Fahrenheit gebruik nie, anders is u resultate nie in joules nie.
Stap 3. Vind die aanvanklike temperatuur van die voorwerp
As die voorwerp 'n vloeistof is, kan u 'n kwiktermometer gebruik. Vir sommige items benodig u 'n sonde -termometer.
Stap 4. Verhit die voorwerp en meet weer die temperatuur
Dit meet die hitte -toename van die voorwerp tydens verhitting.
As u die totale hoeveelheid energie wat as hitte gestoor is, wil meet, kan u aanvaar dat die aanvanklike temperatuur absolute nul is: 0 Kelvin of -273,15ºC. Dit is nie baie handig nie
Stap 5. Trek die aanvanklike temperatuur af van die verwarmingstemperatuur
Hierdie vermindering lei tot 'n mate van temperatuurverandering in die voorwerp. Gestel die water was voorheen 15 grade Celsius en verhit tot 35 grade Celsius, verander die temperatuur na 20 grade Celsius.
Stap 6. Vermenigvuldig die massa van die voorwerp met sy spesifieke hitte en met die grootte van die temperatuurverandering
Die formule word Q = mc T geskryf, waar T die temperatuurverandering is. Vir hierdie voorbeeld sou dit 500g x 4, 19 x 20 of 41,900 joule wees.
Hitte word meer gereeld in die kalorie- of kilokalorie -metrieke stelsel geskryf. 'N Kalorie word gedefinieer as die hoeveelheid hitte wat nodig is om die temperatuur van 1 gram water met 1 graad Celsius te verhoog, terwyl 'n kilokalorie die hoeveelheid hitte is wat nodig is om die temperatuur van 1 kilogram water met 1 graad Celsius te verhoog. In die voorbeeld hierbo, sal die verhoging van die temperatuur van 500 gram water met 20 grade Celsius 10 000 kalorieë of 10 kilokalorieë verbruik
Metode 5 van 5: Berekening van joule as elektriese energie
Stap 1. Gebruik die onderstaande stappe om die vloei van energie in 'n elektriese stroombaan te bereken
Die onderstaande stappe word as praktiese voorbeelde gelys, maar u kan ook die metode gebruik om geskrewe fisika -probleme te verstaan. Eerstens bereken ons die krag P met behulp van die formule P = I2 x R, waar I die stroom in ampère is en R die weerstand in ohm is. Hierdie eenhede lewer krag in watt, dus hiervandaan kan ons die formule in die vorige stap gebruik om energie in joule te bereken.
Stap 2. Kies 'n weerstand
Weerstande word gemeet in ohm, met groottes wat direk geskryf is of deur 'n versameling gekleurde lyne voorgestel word. U kan ook die weerstand van 'n weerstand toets deur dit met 'n ohmmeter of multimeter te verbind. Vir hierdie voorbeeld neem ons aan dat die weerstand 10 ohm is.
Stap 3. Koppel die weerstand aan die huidige bron
U kan die drade aan die weerstand koppel met 'n Fahnestock- of krokodilklem, of u kan die weerstand in 'n toetsbord aansluit.
Stap 4. Vloei stroom deur die stroombaan vir 'n sekere tydsinterval
Vir hierdie voorbeeld gebruik ons 'n interval van 10 sekondes.
Stap 5. Meet die huidige sterkte
Doen dit met 'n ammeter of multimeter. Die meeste huishoudelike strome word gemeet in milliamperes, of duisende ampere, dus neem ons aan dat die stroom 100 milliamperes of 0,1 ampère is.
Stap 6. Gebruik die formule P = I2 x R.
Om die krag te vind, vermenigvuldig die kwadraat van die stroom met die weerstand. Dit lei tot kraglewering in watt. Kwadrasie 0.1 gee 'n resultaat van 0.01, vermenigvuldig met 10 gee 'n kraglewering van 0.1 watt of 100 milliwatt.
Stap 7. Vermenigvuldig die krag met die verstreke tyd
Hierdie vermenigvuldiging gee die energie -uitset in joule. 0,1 watt x 10 sekondes is gelyk aan 1 joule elektriese energie.
