Содержание

• Шагать
• Метод 1 из 4: Расчет работы в джоулях
• Метод 2 из 4: Расчет кинетической энергии в джоулях
• Метод 3 из 4: Вычисление джоулей как электрической энергии
• Метод 4 из 4: Расчет тепла в джоулях
• Советы
• Предупреждения
• Необходимости

Джоуль (J), названный в честь английского физика Джеймса Эдварда Джоуля, является одной из важнейших единиц Международной метрической системы. Джоуль используется как единица работы, энергии и тепла и широко используется в науке. Если вы хотите, чтобы ваш ответ был в джоулях, всегда используйте стандартные научные единицы.

Шагать

Метод 1 из 4: Расчет работы в джоулях

1. Определение труда. Работа определяется как постоянная сила, приложенная к объекту для перемещения его на определенное расстояние. Если прилагается не более одной силы, ее можно рассчитать как мощность Икс расстояние, и может быть записан в джоулях (что эквивалентно «Ньютон-метру»). В нашем первом примере мы берем человека, который хочет прибавить вес от пола к высоте груди, и вычисляем, сколько работы он проделал.
   • Усилие необходимо прикладывать в направлении движения. Когда вы держите объект и идете вперед, с ним не выполняется никакая работа, потому что вы не толкаете объект в направлении его движения.
2. Определите массу перемещаемого объекта. Масса объекта необходима для расчета силы, необходимой для его перемещения. В нашем примере мы утверждаем, что гиря имеет массу 10 кг.
   • Не используйте фунты или другие нестандартные единицы, иначе окончательный ответ будет не в джоулях.
3. Рассчитайте силу. Сила = масса x ускорение. В нашем примере, когда мы поднимаем вес прямо вверх, ускорение, которое мы пытаемся преодолеть, равно силе тяжести, 9,8 м / с вниз. Рассчитайте усилие, необходимое для подъема груза, используя (10 кг) x (9,8 м / с) = 98 кг · м / с = 98 ньютонов (Н).
   • Если объект перемещается горизонтально, сила тяжести не имеет значения. Вместо этого проблема может побудить вас рассчитать силу, необходимую для преодоления сопротивления трения. Если задано ускорение объекта при толкании, то вы можете умножить данное ускорение на массу.
4. Измерьте расстояние, на которое перемещается объект. В этом примере мы предполагаем, что груз поднимается на 1,5 метра (м). Расстояние необходимо измерять в метрах, иначе окончательный ответ не может быть записан в Джоулях.
5. Умножьте силу на расстояние. Чтобы поднять вес 98 Ньютон на 1,5 метра, вам нужно будет сделать 98 x 1,5 = 147 Джоулей работы.
6. Рассчитайте трудозатраты на перемещение предметов под углом. Наш пример выше был прост: кто-то приложил к объекту силу, направленную вверх, и объект поднялся вверх. Иногда направление силы и движение объекта не совсем то же самое, потому что на объект действуют несколько сил. В следующем примере мы собираемся вычислить, сколько джоулей нужно, чтобы протащить сани на 25 метров по снегу, потянув за веревку, прикрепленную к салазкам, под углом 30º к горизонтали. Имеет место следующее: работа = сила x cos (θ) x расстояние. «Символ» - это греческая буква «тета», обозначающая угол между направлением силы и направлением движения.
7. Определите общую прилагаемую силу. В этой задаче мы говорим, что кто-то тянет веревку с силой 10 Ньютонов.
   • Если сила «вправо», «вверх» или «в направлении движения» уже задана, «сила x cos («) »рассчитывается, и вы можете перейти к умножению значений.
8. Рассчитайте соответствующую силу. Только часть силы тянет каретку вперед. Поскольку канат поднимается под углом, остающаяся сила пытается поднять каретку вверх, противодействуя силе тяжести. Рассчитайте силу в направлении движения:
   • В нашем примере угол θ между землей и веревкой составляет 30º.
   • Вычислить cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = приблизительно 0,866. Вы можете использовать калькулятор, чтобы найти это значение, но убедитесь, что ваш калькулятор использует правильную единицу измерения, в которой указан угол (градусы или радианы).
   • Умножьте общую силу x cos (θ). В нашем примере 10 Н x 0,866 = 8,66 Н в направлении движения.
9. Умножьте силу на расстояние. Теперь, когда мы знаем, какая сила прилагается в направлении движения, мы можем рассчитать работу как обычно. Наша задача говорит нам, что каретка отбуксирована на 20 метров вперед, поэтому мы вычисляем 8,66 Н x 20 м = 173,2 джоуля работы.

Метод 2 из 4: Расчет кинетической энергии в джоулях

1. Понять кинетическую энергию. Кинетическая энергия - это количество энергии в форме движения. Как и в случае с любой другой формой энергии, она может быть выражена в джоулях.
   • Кинетическая энергия равна количеству работы, выполняемой для ускорения неподвижного объекта до определенной скорости. По достижении этой скорости объект сохраняет это количество кинетической энергии до тех пор, пока эта энергия не преобразуется в тепло (за счет трения), гравитационную энергию (против силы тяжести) или другие виды энергии.
2. Определите массу объекта. Например, мы можем измерить кинетическую энергию велосипеда и велосипедиста. Предположим, что велосипедист имеет массу 50 кг, а велосипед - 20 кг. Это составляет общую массу м 70 кг. Теперь мы можем рассматривать их вместе как один объект весом 70 кг, потому что они движутся вместе с одинаковой скоростью.
3. Рассчитайте скорость. Если вы уже знаете скорость велосипедиста или вектор скорости, запишите это и двигайтесь дальше. Если вам все же нужно рассчитать это, воспользуйтесь одним из следующих способов. Это касается скорости, а не векторной скорости (которая является скоростью в определенном направлении), хотя буква часто v используется для скорости. Игнорируйте любые повороты, которые делает велосипедист, и представляйте, что вся дистанция проходит по прямой.
   • Если велосипедист движется с постоянной скоростью (без ускорения), измерьте расстояние, которое он проехал, и разделите на количество секунд, которое потребовалось, чтобы преодолеть это расстояние. Это вычисляет среднюю скорость, которая в этом сценарии совпадает со скоростью в любой данный момент.
   • Если велосипедист движется с постоянным ускорением и не меняет направление, рассчитайте его скорость в момент времени. т по формуле ’скорость (время t) = (ускорение) (т) + начальная скорость. Время указывается в секундах, скорость - в метрах в секунду, а ускорение - в м / с.
4. Введите следующие числа в следующую формулу. Кинетическая энергия = (1/2)м "v. Например, если велосипедист движется со скоростью 15 м / с, то его кинетическая энергия равна K = (1/2) (70 кг) (15 м / с) = (1/2) (70 кг) ( 15 м / с) (15 м / с) = 7875 кгм / с = 7875 ньютон-метров = 7875 джоулей.
   • Формула для кинетической энергии может быть получена из определения работы W = FΔs и уравнения v = v₀ + 2aΔs. Δs означает «смещение» или также пройденное расстояние.

Метод 3 из 4: Вычисление джоулей как электрической энергии

1. Вычислите энергию, используя мощность x время. Мощность определяется как энергия, потребляемая в единицу времени, поэтому мы можем рассчитать потребляемую энергию, умножив мощность на единицу времени. Это полезно при измерении мощности в ваттах, потому что 1 ватт = 1 Джоуль в секунду. Чтобы узнать, сколько энергии потребляет лампа накаливания мощностью 60 Вт за 120 секунд, умножьте следующее: (60 Вт) x (120 секунд) = 7200 джоулей.
   • Эту формулу можно использовать для любого вида мощности, измеряемой в ваттах, но электричество является наиболее очевидным.
2. Выполните следующие действия, чтобы рассчитать поток энергии в электрической цепи. Приведенные ниже шаги представлены в виде практического примера, но вы также можете использовать этот метод для понимания проблем теоретической физики. Сначала мы рассчитываем мощность P по формуле P = I x R, где I - ток в амперах, а R - сопротивление в омах. Эти единицы дают нам мощность в ваттах, поэтому с этого момента мы можем применить формулу, использованную на предыдущем шаге, для вычисления энергии в джоулях.
3. Выберите резистор. Резисторы указываются в омах, а их номинал указывается непосредственно на резисторе или отображается серией цветных колец. Вы также можете проверить сопротивление омметром или мультиметром. В этом примере мы предполагаем, что используемое сопротивление составляет 10 Ом.
4. Подключите резистор к источнику энергии (батарее). Используйте для этого зажимы или вставьте резистор в тестовую цепь.
5. Пусть ток течет через него в течение определенного времени. В этом примере мы берем 10 секунд в качестве единицы времени.
6. Измерьте силу тока. Вы делаете это с помощью расходомера или мультиметра. В большинстве случаев ток в домах измеряется в миллиамперах, поэтому мы предполагаем, что ток составляет 100 миллиампер или 0,1 ампера.
7. Используйте формулу P = I x R. Теперь, чтобы найти мощность, вы умножаете квадрат мощности тока на сопротивление. Это дает вам мощность этой схемы в ваттах. Квадрат 0,1 дает 0,01. Умножьте это на 10, и вы получите выходную мощность 0,1 Вт или 100 милливатт.
8. Умножьте мощность на прошедшее время. Это дает энергию в джоулях. 0,1 Вт x 10 секунд равняется 1 джоуля электрической энергии.
   • Поскольку Джоуль - это небольшая единица измерения и поскольку потребление энергии приборами обычно указывается в ваттах, милливаттах и ​​киловаттах, часто удобнее рассчитать количество кВтч (киловатт-часов), потребляемых устройством. 1 ватт равен 1 джоуль в секунду, или 1 джоуль равен 1 ватту в секунду; один киловатт равен 1 килоджоулю в секунду, а один килоджоуль равен 1 киловатту секунде. В часе 3600 секунд, поэтому 1 киловатт-час равен 3600 киловатт-секундам, 3600 килоджоулей или 3600000 джоулей.

Метод 4 из 4: Расчет тепла в джоулях

1. Определите массу объекта, к которому добавлено тепло. Используйте для этого весы или весы. Если объект представляет собой жидкость, сначала взвесьте пустой контейнер, в который пойдет жидкость. Вам нужно будет вычесть это из массы емкости и жидкости вместе, чтобы найти массу жидкости. В этом примере мы предполагаем, что объект представляет собой 500 граммов воды.
   • Используйте граммы, а не другую единицу, иначе результат не будет выражен в Джоулях.
2. Определите удельную теплоемкость объекта. Эту информацию можно найти в справочниках по химии binas, но вы также можете найти ее в Интернете. Это удельная теплоемкость воды. c равняется 4,19 джоуля на грамм на каждый градус Цельсия - или 4,1855, если вы хотите быть очень точным.
   • Удельная теплоемкость незначительно меняется в зависимости от температуры и давления. В разных организациях и учебниках используются разные «стандартные температуры», поэтому вы можете найти до 4 179 единиц удельной теплоты воды.
   • Вы также можете использовать градус Кельвина вместо Цельсия, потому что 1 градус одинаков для обоих блюд (нагревание чего-либо при 3ºC такое же, как и при 3 градусах Кельвина). Не используйте шкалу Фаренгейта, иначе результат не будет выражен в Джоулях.
3. Определите текущую температуру объекта. Если объект жидкий, можно использовать обычный (ртутный) градусник. Для других предметов может понадобиться градусник с зондом.
4. Нагрейте объект и снова измерьте температуру. Это позволяет вам измерить количество тепла, которое было добавлено к объекту во время нагрева.
   • Если вы хотите узнать общее количество энергии, накопленной в виде тепла, вы можете представить, что исходная температура была абсолютным нулем: 0 Кельвина или -273,15ºC.
5. Вычтите исходную температуру из температуры после нагрева. Это дает в результате изменение температуры объекта. Если предположить, что температура воды изначально была 15 градусов по Цельсию, а после нагрева - 35 градусов по Цельсию, изменение температуры составляет 20 градусов по Цельсию.
6. Умножьте массу объекта на удельную теплоемкость и изменение температуры. Вы пишете эту формулу как H =MCΔТ., где ΔT представляет собой «изменение температуры». В этом примере получается 500 г x 4,19 x 20 = 41 900 джоулей.
   • Тепло обычно выражается в калориях или килокалориях. Калория определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия, а килокалория (или калория) - это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма воды на 1 градус Цельсия. ... В приведенном выше примере для повышения температуры 500 граммов воды на 20 градусов по Цельсию требуется 10 000 калорий или 10 килокалорий.

Советы

• С джоулем связана другая единица работы и энергии, называемая эрг; 1 эрг равен 1 динной силе, умноженной на расстояние 1 см. Один джоуль равен 10 000 000 эрг.

Предупреждения

• Хотя термины «джоуль» и «ньютон-метр» относятся к одной и той же единице, на практике «джоуль» используется для обозначения любой формы энергии и для работы, выполняемой по прямой линии, как в приведенном выше примере подъема по лестнице. Когда используется для расчета крутящего момента (силы, действующей на вращающийся объект), мы предпочитаем термин «Ньютон-метр».

Необходимости

Расчет работы или кинетической энергии:

• Секундомер или таймер
• Весы или баланс
• Калькулятор с функцией косинуса (только для работы, не всегда нужен)

Расчет электрической энергии:

• Сопротивление
• Провода или тестовая плата
• Мультиметр (или омметр и измеритель тока)
• Зажимы Fahnestock или аллигатора

Нагревать:

• Обогреваемый объект
• Источник тепла (например, горелка Бунзена)
• Термометр (жидкостной термометр или термометр с зондом)
• Справочник по химии / химии (для определения удельной теплоемкости нагреваемого объекта)