Kuinka laskea jouleja

Sisältö

Askeleet
Menetelmä 1/5: Työn laskeminen (J)
Menetelmä 2/5: Laske energia (J) annetusta tehosta (W)
Menetelmä 3/5: Kineettisen energian (J) laskeminen
Menetelmä 4/5: Lämmön määrän (J) laskeminen
Menetelmä 5/5: Sähköenergian (J) laskeminen
Vinkkejä
Varoitukset
Mitä tarvitset

Joule (J) on yksi tärkeimmistä yksiköistä kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI). Joule mittaa työtä, energiaa ja lämpöä. Jos haluat esittää lopputuloksen jouleina, käytä SI -yksiköitä.Jos tehtävässä annetaan muita mittayksiköitä, muunna ne kansainvälisen yksikköjärjestelmän mittayksiköiksi.

Askeleet

Menetelmä 1/5: Työn laskeminen (J)

1 Fysiikan työn käsite. Jos siirrät laatikkoa, saat työn valmiiksi. Jos nostat laatikon, olet tehnyt työn. Työn suorittamiseksi on täytettävä kaksi ehtoa:
- Käytät jatkuvaa voimaa.
- Käytetyn voiman vaikutuksesta runko liikkuu voiman toiminnan suuntaan.
2 Laske työ. Tätä varten kerro voima ja etäisyys (jolla keho liikkui). SI: ssä voima mitataan newtoneina ja etäisyys metreinä. Jos käytät näitä yksiköitä, tuloksena oleva työ mitataan jouleina.
- Kun ratkaiset ongelmia, määritä kohdistetun voiman suunta. Laatikkoa nostettaessa voima kohdistuu alhaalta ylöspäin, mutta jos otat laatikon käsiin ja kävelet tietyn matkan, et tee työtä - käytät voimaa, jotta laatikko ei putoa, mutta tämä voima ei liikuta laatikkoa.
3 Löydä kehon paino. Sitä tarvitaan laskemaan voima, joka on kohdistettava kehon liikuttamiseen. Harkitse esimerkkiä: laske urheilijan tekemä työ nostettaessa (lattiasta rintaan) 10 kg painavaa tankoa.
- Jos ongelma sisältää epätyypillisiä mittayksiköitä, muunna ne SI-yksiköiksi.
4 Laske vahvuus. Voima = massa x kiihtyvyys. Esimerkissämme otamme huomioon painovoiman kiihtyvyyden, joka on 9,8 m / s. Tangon siirtämiseen kohdistuva voima on 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Jos keho liikkuu vaakatasossa, jätä huomiotta painovoiman aiheuttama kiihtyvyys. Ehkä tehtävä edellyttää kitkan voittamiseen tarvittavan voiman laskemista. Jos tehtävässä annetaan kiihtyvyys, kerro se yksinkertaisesti annetulla kehon massalla.
5 Mittaa ajettu matka. Oletetaan esimerkissämme, että palkki nostetaan 1,5 metrin korkeuteen. (Jos tehtävässä on annettu epätyypillisiä mittayksiköitä, muunna ne SI-yksiköiksi.)
6 Kerro voima etäisyydellä. Jotta 10 kg painava tanko nostettaisiin 1,5 metrin korkeuteen, urheilija suorittaa 98 x 1,5 = 147 J.
7 Laske työ, kun voima on suunnattu kulmaan. Edellinen esimerkki oli melko yksinkertainen: kehon voiman ja liikkeen suunnat osuivat yhteen. Mutta joissakin tapauksissa voima on suunnattu kulmaan ajosuuntaan nähden. Harkitse esimerkkiä: laske työ, jonka lapsi tekee vetämällä kelkasta 25 m köydellä, joka on 30 astetta vaakatasosta. Tässä tapauksessa työ = voima x kosini (θ) x etäisyys. Kulma θ on voiman suunnan ja liikesuunnan välinen kulma.
8 Etsi kokonaisvoima. Esimerkissämme sanotaan, että lapsi käyttää voimaa, joka on 10 N.
- Jos ongelma sanoo, että voima on suunnattu ylöspäin tai oikealle / vasemmalle tai sen suunta on sama kuin kehon liikesuunta, työn laskemiseksi yksinkertaisesti kerro voima ja etäisyys.
9 Laske vastaava voima. Esimerkissämme vain murto -osa kokonaisvoimasta vetää kelkaa eteenpäin. Koska köysi on suunnattu ylöspäin (kulmassa vaakatasoon nähden), toinen osa kokonaisvoimasta yrittää nostaa kelkkaa. Laske siis voima, jonka suunta on sama kuin liikesuunta.
- Esimerkissämme kulma θ (maan ja köyden välillä) on 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Etsi tämä arvo laskimen avulla; aseta laskimen kulmayksikkö asteiksi.
- Kerro kokonaisvoima cosθ: lla. Esimerkissämme: 10 x 0,866 = 8,66 N - tämä on voima, jonka suunta on sama kuin liikesuunta.
10 Kerro vastaava voima etäisyydellä työn laskemiseksi. Esimerkissämme: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Menetelmä 2/5: Laske energia (J) annetusta tehosta (W)

1 Voimaa ja energiaa. Teho mitataan watteina (W) ja kuvaa energian muutosnopeutta, muuntumista, siirtoa tai kulutusta, joka mitataan jouleina (J).Tietyn tehon (W) energian (J) laskemiseksi sinun on tiedettävä ajan pituus.
2 Voit laskea energian (J) kertomalla tehon (W) ajan (s) kanssa. Laite, jonka teho on 1 W, kuluttaa 1 J energiaa 1 sekunnin välein. Lasketaan esimerkiksi 60 W: n lampun 120 sekunnin kuluttama energia: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Tämä kaava pätee kaikkeen watteina mitattuun tehoon, mutta sitä käytetään yleisimmin sähköä koskevissa tehtävissä.

Menetelmä 3/5: Kineettisen energian (J) laskeminen

1 Kineettinen energia on liikkeen energiaa. Se voidaan ilmaista jouleina (J).
- Kineettinen energia vastaa työtä, joka tehdään kiinteän kappaleen kiihdyttämiseksi tiettyyn nopeuteen. Tietyn nopeuden saavuttamisen jälkeen kehon liike -energia pysyy vakiona, kunnes se muuttuu lämmöksi (kitkasta), painovoimapotentiaalienergiaksi (kun se liikkuu painovoimaa vastaan) tai muuhun energiaan.
2 Löydä kehon paino. Laske esimerkiksi polkupyörän ja pyöräilijän liike -energia. Pyöräilijä painaa 50 kg ja pyörä painaa 20 kg, mikä tarkoittaa, että kokonaispaino on 70 kg (katso pyörää ja pyöräilijää yhtenä kappaleena, koska ne liikkuvat samaan suuntaan ja samalla nopeudella).
3 Laske nopeus. Jos ongelmassa annetaan nopeus, siirry seuraavaan vaiheeseen; Muussa tapauksessa laske se jollakin alla olevista tavoista. Huomaa, että nopeuden suunta on vähäinen tässä; oletetaan lisäksi, että pyöräilijä ajaa suorassa linjassa.
- Jos pyöräilijä ajoi vakionopeudella (ei kiihtyvyyttä), mittaa ajettu matka (m) ja jaa se tämän matkan kattamiseen kuluneella ajalla. Tämä antaa sinulle keskinopeuden.
- Jos pyöräilijä kiihdytti eikä kiihtyvyysarvo ja liikesuunta muuttuneet, nopeus t tiettynä aikana t lasketaan kaavalla: kiihtyvyys x t + alkunopeus. Aika mitataan sekunneissa, nopeus m / s, kiihtyvyys m / s.
4 Liitä arvot kaavaan. Kineettinen energia = (1/2) mv, missä m on massa, v on nopeus. Jos esimerkiksi pyöräilijän nopeus on 15 m / s, hänen liike -energia K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
- Kineettisen energian laskentakaava johdetaan työn määritelmästä (W = FΔs) ja kinemaattisesta yhtälöstä (v = v₀ + 2aΔs, missä Δs on ajettu matka).

Menetelmä 4/5: Lämmön määrän (J) laskeminen

1 Etsi lämmitetyn kappaleen massa. Käytä tätä vaa'alla tai jousivaa'alla. Jos runko on neste, punnitse ensin tyhjä astia (johon kaadat nesteen) löytääksesi sen massan. Kun olet punninnut nesteen, vähennä tyhjän säiliön massa tästä arvosta löytääksesi nesteen massa. Ajattele esimerkiksi 500 g painavaa vettä.
- Jotta tulos mitataan jouleina, massa on mitattava grammoina.
2 Etsi kehon erityinen lämpö. Se löytyy kemian, fysiikan oppikirjasta tai Internetistä. Veden ominaislämpökapasiteetti on 4,19 J / g.
- Ominaislämpö vaihtelee hieman lämpötilan ja paineen mukaan. Esimerkiksi joissakin lähteissä veden ominaislämpökapasiteetti on 4,18 J / g (koska eri lähteet valitsevat eri "vertailulämpötilan" arvot).
- Lämpötila voidaan mitata Kelvin- tai Celsius -asteina (koska kahden lämpötilan ero on sama), mutta ei Fahrenheit -asteina.
3 Etsi alkulämpötila. Jos keho on nestemäinen, käytä lämpömittaria.
4 Kuumenna keho ja löydä sen lopullinen lämpötila. Näin voit löytää kehon lämmönsiirtoon siirtyvän lämmön määrän.
- Jos haluat löytää lämmöksi muunnetun kokonaisenergian, pidä alkulämpötila absoluuttisena nollanä (0 Kelvin tai -273,15 Celsius). Tämä ei yleensä päde.
5 Vähennä alkulämpötila lopetuslämpötilasta löytääksesi kehon lämpötilan muutoksen. Esimerkiksi vesi lämmitetään 15 celsiusasteesta 35 asteeseen, eli veden lämpötilan muutos on 20 astetta.
6 Kerro kehon paino, sen ominaislämpö ja kehon lämpötilan muutos. Kaava: H = mcΔT, jossa ΔT on lämpötilan muutos. Esimerkissämme: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Lämpö mitataan joskus kaloreina tai kilokaloreina. Kalorit ovat lämpömäärä, joka tarvitaan 1 gramman veden lämpötilan nostamiseen 1 celsiusasteella; kilokaloria on lämpömäärä, joka tarvitaan 1 kg veden lämpötilan nostamiseen 1 celsiusasteella. Yllä olevassa esimerkissä 500 gramman veden lämpötilan nostaminen 20 celsiusasteella vie 10 000 kaloria tai 10 kcal.

Menetelmä 5/5: Sähköenergian (J) laskeminen

1 Tässä kuvataan menetelmä energiapiirin laskemiseksi sähköpiirissä. Annetaan käytännön esimerkki, jonka perusteella voidaan ratkaista fyysisiä ongelmia. Lasketaan aluksi teho kaavan P = I x R mukaan, missä I on virran voimakkuus (A), R on vastus (ohmia). Löydät tehon (W), jolla voit laskea energian (J) (katso toinen luku).
2 Ota vastus. Vastuksen vastusarvo (ohmia) ilmaistaan numerolla tai värikoodilla. Voit myös määrittää vastuksen vastuksen liittämällä sen ohmimittariin tai yleismittariin. Otetaan esimerkiksi 10 ohmin vastus.
3 Liitä vastus virtalähteeseen. Käytä tätä krokotiilipidikkeillä tai kokeellisella jalustalla, jossa on sähköpiiri.
4 Vie virta piirin läpi tietyn ajan. Tee tämä esimerkiksi 10 sekunnin ajan.
5 Määritä virrankulutus. Käytä tätä ampeerimittarilla tai yleismittarilla. Esimerkiksi virta on 100 mA = 0,1 A.
6 Laske teho (W) kaavalla P = I x R. Esimerkissämme: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Kerro teho ja aika energian löytämiseksi (J). Esimerkissämme: 0,1 (L) x 10 (s) = 1 J.
- Koska 1 joule on pieni arvo ja sähkölaitteiden teho ilmoitetaan watteina, millivateina ja kilowatteina, asunto- ja kuntasektorilla energia mitataan yleensä kilowattitunteina. Jos 1 W = 1 J / s, niin 1 J = 1 W ∙ s; jos 1 kW = 1 kJ / s, niin 1 kJ = 1 kW ∙ s. Koska 1 h = 3600 s, niin 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Vinkkejä

SI: ssä energiaa ja työtä mitataan myös ergina. 1 erg = 1 dyne (voiman mittayksikkö) x 1 cm.1 J = 10000000 erg.

Varoitukset

Joule ja newtonmittari ovat työn mittayksiköitä. Joule mittaa energiaa ja työtä, kun keho liikkuu suorassa linjassa. Jos runko pyörii, mittayksikkö on newtonmetri.