Садржај

• На корак
• Метод 1 од 4: Израчунавање рада у џулима
• Метод 2 од 4: Израчунавање кинетичке енергије у џулима
• Метод 3 од 4: Израчунавање Јоуле-а као електричне енергије
• Метод 4 од 4: Израчунавање топлоте у џулима
• Савети
• Упозорења
• Неопходности

Јоуле (Ј), назван по енглеском физичару Јамесу Едварду Јоулеу, једна је од најважнијих јединица Међународног метричког система. Јоуле се користи као јединица рада, енергије и топлоте и широко се користи у науци. Ако желите да ваш одговор буде у џулима, увек користите стандардне научне јединице.

На корак

Метод 1 од 4: Израчунавање рада у џулима

1. Дефиниција рада. Рад се дефинише као константна сила која делује на објекат да би се померила на одређену удаљеност. Ако се не примени више од једне силе, може се израчунати као снага Икс удаљеност, а могу се записати у јединицама џула (еквивалентно „њутновом метру“). У нашем првом примеру узимамо особу која жели да дода тежину од пода до висине груди и израчунавамо колико је та особа урадила посла.
   • Сила се мора применити у смеру кретања. Када држите предмет и ходате напред, на њему се не ради, јер не гурате предмет у смеру његовог кретања.
2. Одредите масу предмета који се креће. Маса предмета потребна је за израчунавање силе потребне за његово померање. У нашем примеру наводимо да тежина има масу од 10 кг.
   • Не користите килограме или друге јединице које нису стандардне, јер коначни одговор неће бити у џулима.
3. Израчунај силу. Сила = маса к убрзање. У нашем примеру, дизање тегова равно према горе, убрзање које покушавамо да превазиђемо једнако је гравитацији, 9,8 м / с надоле. Израчунајте силу потребну за подизање тежине користећи (10 кг) к (9,8 м / с) = 98 кг м / с = 98 Њутна.
   • Ако се предмет помера водоравно, гравитација није битна. Уместо тога, проблем може да вас затражи да израчунате силу потребну за превазилажење отпора трењу. Ако је дато колики је убрзање објекта када се гура, тада можете помножити дато убрзање са масом.
4. Измерите удаљеност којом се објект помера. У овом примеру претпостављамо да се тег подиже 1,5 метра (м). Удаљеност се мора мерити у метрима, иначе се коначни одговор не може забележити у џулима.
5. Помножите силу са растојањем. Да бисте подигли тег од 98 Њутна са 1,5 метра, мораћете да обавите 98 к 1,5 = 147 џула.
6. Израчунајте рад за предмете који се крећу под углом. Наш горњи пример био је једноставан: неко је применио силу нагоре на предмет и он је кренуо према горе. Понекад смер силе и кретање предмета нису потпуно исти, јер на предмет делује више сила. У следећем примеру израчунаћемо колико џула треба вући санке 25 метара кроз снег повлачењем конопца причвршћеног за санке под углом од 30º у односу на хоризонталу. Важи следеће: рад = сила к цос (θ) к удаљеност. „Симбол“ је грчко слово „тхета“ и представља угао између правца силе и смера кретања.
7. Одредити укупну примењену силу. У овом проблему кажемо да неко вуче конопац снагом од 10 Њутна.
   • Ако је сила "удесно", "горе" или "у смеру кретања" већ дата, "сила к цос (") је израчуната и можете наставити са множењем вредности.
8. Израчунај одговарајућу силу. Само део силе вуче кочију напред. Будући да је уже под углом, преостала сила покушава да подигне кочију горе, супротстављајући се гравитацији. Израчунајте силу у смеру кретања:
   • У нашем примеру, угао θ између тла и ужета је 30º.
   • Израчунати цос (θ). цос (30º) = (√3) / 2 = приближно 0,866. Помоћу калкулатора можете пронаћи ову вредност, али уверите се да калкулатор користи исправну јединицу као она у којој је наведен угао (степени или радијани).
   • Помножите укупну силу к цос (θ). У нашем примеру, 10Н к 0,866 = 8,66 Н у смеру кретања.
9. Помножите силу к растојање. Сада када знамо колика се сила примењује у смеру кретања, можемо израчунати рад као и обично. Наш проблем нам говори да је кочија вучена 20 метара напред, па израчунавамо 8,66 Н к 20 м = 173,2 џула посла.

Метод 2 од 4: Израчунавање кинетичке енергије у џулима

1. Разумети неку кинетичку енергију. Кинетичка енергија је количина енергије у облику кретања. Као и сваки облик енергије, може се изразити у џулима.
   • Кинетичка енергија једнака је количини обављеног рада на убрзању непокретног објекта до одређене брзине. Једном када се достигне та брзина, објекат задржава ту количину кинетичке енергије све док се та енергија не претвори у топлоту (трењем), гравитациону енергију (преласком против гравитације) или друге врсте енергије.
2. Одредити масу предмета. На пример, можемо измерити кинетичку енергију бицикла и бициклисте. Претпоставимо да бициклист има масу 50 кг, а бицикл 20 кг. То чини укупну масу м од 70 кг. Сада их можемо третирати заједно као 1 предмет од 70 кг, јер се заједно крећу истом брзином.
3. Израчунај брзину. Ако већ знате брзину бицикла или векторску брзину, запишите је и крените даље. Ако ово још увек треба да израчунате, користите један од метода у наставку. То се односи на брзину, а не на векторску брзину (која је брзина у одређеном смеру), иако је слово често в користи се за брзину. Занемарите све завоје које бициклист направи и претварајте се да је читава удаљеност у правој линији.
   • Ако се бициклиста креће константном брзином (без убрзања), измерите пут који је бициклист прешао и поделите са бројем секунди које је требало да пређе ту удаљеност. Ово израчунава просечну брзину, која је у овом сценарију једнака брзини у било ком тренутку.
   • Ако се бициклиста креће константним убрзањем и не мења смер, израчунајте његову брзину у том тренутку т са формулом ’брзина (време т) = (убрзање) (т) + почетна брзина. Време је у секундама, брзина у метрима / секунди и убрзање у м / с.
4. У следећу формулу унесите следеће бројеве. Кинетичка енергија = (1/2)м "в. На пример, ако се бициклиста креће брзином од 15 м / с, тада је његова кинетичка енергија К = (1/2) (70 кг) (15 м / с) = (1/2) (70 кг) ( 15 м / с) (15 м / с) = 7875 кгм / с = 7875 њутн метара = 7875 џула.
   • Формула за кинетичку енергију може се извести из дефиниције рада, В = ФΔс, и једначине в = в₀ + 2аΔс. Δс се односи на „померање“, или такође пређено путовање.

Метод 3 од 4: Израчунавање Јоуле-а као електричне енергије

1. Израчунајте енергију користећи снагу к време. Снага је дефинисана као потрошена енергија у јединици времена, тако да потрошњу можемо израчунати снагом помноженом са јединицом времена. Ово је корисно при мерењу снаге у ватима, јер је 1 вата = 1 џул / секунди. Да бисте сазнали колико енергије користи 60В сијалица са жарном нити за 120 секунди, помножите следеће: (60 В) к (120 секунди) = 7200 џула.
   • Ова формула се може користити за било коју врсту снаге која се мери у ватима, али најочигледнија је електрична енергија.
2. Користите кораке у наставку да бисте израчунали проток енергије у електричном колу. Следећи кораци наведени су као практичан пример, али ову методу такође можете користити за разумевање теоријских проблема из физике. Прво израчунавамо снагу П користећи формулу П = И к Р, где је И струја у амперима, а Р отпор у охима. Ове јединице нам дају снагу у ватима, па од овог тренутка можемо применити формулу која је коришћена у претходном кораку за израчунавање енергије у џулима.
3. Изаберите отпорник. Отпорници су назначени у охима, а њихова вредност је назначена директно на отпорнику или је означена низом обојених прстенова. Отпор такође можете тестирати охмметром или мултиметром. У овом примеру претпостављамо да отпор који користимо износи 10 ома.
4. Прикључите отпорник на извор енергије (батерија). За то користите стезаљке или ставите отпорник у испитни круг.
5. Нека струја кроз њега тече одређено време. У овом примеру узимамо 10 секунди као временску јединицу.
6. Измерите јачину струје. То радите помоћу мерача протока или мултиметра. Већина струје у домаћинству је у милиамперима, па претпостављамо да је струја 100 милиампера или 0,1 ампера.
7. Користите формулу П = И к Р. Да бисте пронашли снагу, помножите квадратну снагу струје са отпором. Ово вам даје снагу овог кола у ватима. Квадрат 0,1 даје 0,01. Помножите ово са 10 и добићете излазну снагу од 0,1 вати или 100 миливата.
8. Помножите снагу са протеклим временом. Ово даје енергију у џулима. 0,1 вати к 10 секунди једнако је 1 џула електричне енергије.
   • Будући да је Јоуле мала јединица и пошто се потрошња енергије уређаја обично приказује у ватима, миливатима и киловатима, често је погодније израчунати број кВх (киловат сати) који уређај потроши. 1 вата једнак је 1 џула у секунди, или 1 џул једнак је 1 вату секунде; један киловат је једнак 1 килоџул у секунди, а један килоџул је 1 киловат секунде. У сату има 3.600 секунди, па је 1 киловат-сат једнак 3.600 киловат-секунди, 3.600 килоџула или 3.600.000 џула.

Метод 4 од 4: Израчунавање топлоте у џулима

1. Одредити масу предмета коме се додаје топлота. За ово користите вагу или вагу. Ако је предмет течност, прво измерите празну посуду у коју ће течност ући. То ћете морати да одузмете од масе посуде и течности да бисте пронашли масу течности. У овом примеру претпостављамо да је предмет 500 грама воде.
   • Користите граме, а не другу јединицу, у супротном резултат се неће дати у џулима.
2. Одредите специфичну топлоту предмета. Ове информације можете пронаћи у референтним књигама о хемији бинас, али их можете пронаћи и на мрежи. Ово је специфична топлота за воду ц једнако 4.19 џула по граму за сваки степен Целзијуса - или 4.1855, ако желите да будете врло прецизни.
   • Специфична топлота мало варира у зависности од температуре и притиска. Различите организације и уџбеници користе различите „стандардне температуре“, тако да можете пронаћи чак 4.179 за специфичну топлоту воде.
   • Можете користити и Келвин уместо Целзијуса, јер је 1 степен исти за обе посуде (загревање нечега са 3 ° Ц је исто као и са 3 Келвина). Немојте користити Фахренхеит или резултат неће бити дат у џулима.
3. Одредите тренутну температуру предмета. Ако је предмет течност, можете користити обични (живин) термометар. За остале предмете можда ће вам требати термометар са сондом.
4. Загрејте предмет и поново измерите температуру. Ово вам омогућава да измерите количину топлоте која је додата предмету током загревања.
   • Ако желите да знате укупну количину енергије ускладиштене у облику топлоте, можете се претварати да је почетна температура била апсолутна нула: 0 Келвина или -273,15ºЦ.
5. Одузмите првобитну температуру од температуре након загревања. То даје резултат промену температуре објекта. Под претпоставком да је вода у почетку била 15 степени Целзијуса, а након загревања 35 степени Целзијуса, промена температуре је према томе 20 степени Целзијусових.
6. Помножите масу предмета са специфичном топлотом и променом температуре. Ову формулу пишете као Х =мцΔТ., где ΔТ представља „промену температуре“. У овом примеру ово постаје 500 г к 4,19 к 20 = 41.900 џула.
   • Топлина се генерално изражава у калоријама или килокалоријама. Калорија се дефинише као количина топлоте која је потребна да би 1 грам воде порастао за температуру за 1 степен Целзијуса, док је килокалорија (или калорија) количина топлоте потребна за повишење температуре од 1 килограм воде за 1 степен Целзијуса . У горњем примеру за подизање температуре од 500 грама воде за 20 степени Целзијуса потребно је 10.000 калорија или 10 килокалорија.

Савети

• За џул је повезана још једна јединица рада и енергије која се назива ерг; 1 ерг је једнак 1 динској сили пута удаљеност од 1 цм. Један џул је једнак 10.000.000 ерг.

Упозорења

• Иако се изрази „џул“ и „њутн метар“ односе на исту јединицу, у пракси се „џул“ користи за означавање било ког облика енергије и за радове који се обављају у правој линији, као у примеру пењања степеницама горе. Када се користи за израчунавање обртног момента (силе на ротирајући објекат), више волимо израз „Њутн метар“.

Неопходности

Израчунавање рада или кинетичке енергије:

• Штоперица или тајмер
• Вага или равнотежа
• Калкулатор са косинус функцијом (само за рад, није увек потребан)

Израчунавање електричне енергије:

• Отпор
• Жице или испитна плоча
• Мултиметар (или охмметар и мерач струје)
• Фахнестоцк или алигаторске копче

Топлота:

• Предмет за грејање
• Извор топлоте (као што је Бунсенов горионик)
• Термометар (течни термометар или термометар са сондом)
• Референца хемије / хемије (за проналажење специфичне топлоте предмета који се загрева)