Számítsa ki a joule-t

Videó: Satisfying Video l Mixing Candy in BathTub & Magic Skittles & Slime Cutting ASMR

Tartalom

Lépni
1/4 módszer: A munka kiszámítása joule-ban
2. módszer a 4-ből: Kinetikus energia kiszámítása joule-ban
3. módszer a 4-ből: A Joule kiszámítása elektromos energiaként
4/4 módszer: A hő kiszámítása joule-ban
Tippek
Figyelmeztetések
Szükségletek

A joule (J), amelyet James Edward Joule angol fizikusról neveztek el, a Nemzetközi Metrikus Rendszer egyik legfontosabb egysége. A joule-t a munka, az energia és a hő egységeként használják, és a tudományban széles körben használják. Ha azt szeretné, hogy válasza joule-ban legyen, mindig használja a szokásos tudományos egységeket.

Lépni

1/4 módszer: A munka kiszámítása joule-ban

A munka meghatározása. A munkát úgy definiáljuk, mint egy tárgyra gyakorolt állandó erőt, amely bizonyos távolságra mozog. Ha egynél több erő nem érvényesül, akkor ez a következőképpen számítható: erő x távolság, és joule egységekben írható (egyenértékű a "Newton méterrel"). Első példánkban egy olyan személyt veszünk, aki a padlótól a mellkas magasságáig súlyt akar adni, és kiszámoljuk, hogy az illető mennyi munkát végzett.
- Az erőt a mozgás irányába kell alkalmazni. Amikor egy tárgyat tart és előre megy, a tárgyon nem végeznek munkát, mert nem tolja az objektumot a mozgása irányába.
Határozza meg a mozgatandó tárgy tömegét. Egy tárgy tömegére szükség van a mozgatásához szükséges erő kiszámításához. Példánkban kijelentjük, hogy a súly tömege 10 kg.
- Ne használjon fontokat vagy más, nem szabványos egységeket, különben a végső válasz nem joule lesz.
Számítsa ki az erőt. Erő = tömeg x gyorsulás. Példánkban a súly egyenes felemelése, a gyorsulás, amelyet megpróbálunk leküzdeni, egyenlő a gravitációval, 9,8 m / s lefelé. Számítsa ki a súly megemeléséhez szükséges erőt (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 newton (N) segítségével.
- Ha az objektumot vízszintesen mozgatjuk, akkor a gravitációnak nincs jelentősége. Ehelyett a probléma késztetheti Önt a súrlódási ellenállás leküzdéséhez szükséges erő kiszámítására. Ha megadják, hogy mekkora az objektum gyorsulása, amikor megnyomják, akkor megszorozhatja az adott gyorsulást a tömeggel.
Mérje meg az objektum mozgatásának távolságát. Ebben a példában feltételezzük, hogy a súlyt 1,5 méter (m) emeljük. A távolságot méterben kell mérni, különben a végleges választ nem lehet Joule-ban rögzíteni.
Szorozza meg az erőt a távolsággal. 98 Newton 1,5 méteres súly emeléséhez 98 x 1,5 = 147 joule munkát kell elvégeznie.
Számítsa ki a szöget mozgó tárgyak munkaerejét. A fenti példánk egyszerű volt: valaki felfelé irányuló erőt alkalmazott az objektumra, és az objektum felment. Néha az erő iránya és a tárgy mozgása nem teljesen azonos, mert több erő hat az objektumra. A következő példában azt fogjuk kiszámolni, hogy hány Joule kell ahhoz, hogy egy szánkót 25 méterre húzzunk át a havon, a kötelek meghúzásával a szánkóra 30º-os szögben a vízszinteshez. A következő áll fenn: munka = erő x cos (θ) x távolság. A "szimbólum" a görög "theta" betű, amely az erő és a mozgás iránya közötti szöget jelöli.
Határozza meg az összes alkalmazott erőt. Ebben a problémában azt mondjuk, hogy valaki 10 Newton erővel húzza meg a kötelet.
- Ha a „jobbra”, „felfelé” vagy „a mozgás irányába” erőt már megadtuk, akkor az „erő x cos (") "értéke megegyezik a számítással, és folytathatja az értékek szorzását.
Számítsa ki a vonatkozó erőt. Csak az erő egy része húzza előre a kocsit. Mivel a kötél szögben van fent, a fennmaradó erő megpróbálja felemelni a kocsit, ellensúlyozva a gravitációt. Számítsa ki az erőt a mozgás irányába:
- Példánkban a talaj és a kötél közötti θ szög 30º.
- Számítsa ki a cos (θ) értéket. cos (30º) = (√3) / 2 = körülbelül 0,866. Számológéppel megkeresheti ezt az értéket, de győződjön meg arról, hogy a számológép a megfelelő egységet használja, mivel a szöget (fok vagy radián) adja meg.
- Szorozzuk meg az x cos (θ) teljes erőt. Példánkban 10N x 0,866 = 8,66 N a mozgás irányában.
Szorozzuk meg az erő x távolságot. Most, hogy tudjuk, mekkora erőt fejtünk ki a mozgás irányába, a szokásos módon kiszámíthatjuk a munkát. Problémánkból kiderül, hogy a kocsit 20 méterre vontatták előre, ezért 8,66 N x 20 m = 173,2 joule munkadarabot számolunk.

2. módszer a 4-ből: Kinetikus energia kiszámítása joule-ban

Értsen némi kinetikus energiát. A kinetikus energia az energia mennyisége mozgás formájában. Mint minden energiaformánál, Joule-ban is kifejezhető.
- A kinetikus energia megegyezik azzal a munkával, amelyet egy álló tárgy bizonyos sebességre történő felgyorsítására végeznek. Amint elérte ezt a sebességet, az objektum megtartja ezt a mennyiségű mozgási energiát, amíg ez az energia hővé (súrlódással), gravitációs energiává (a gravitációval szemben) vagy más típusú energiává alakul.
Határozza meg az objektum tömegét. Például megmérhetjük egy kerékpár és egy kerékpáros mozgási energiáját. Tegyük fel, hogy a kerékpáros tömege 50 kg, a kerékpáré pedig 20 kg. Ez össztömeget ad m 70 kg. Most együtt kezelhetjük őket 70 kg-os 1 tárgyként, mert azonos sebességgel mozognak együtt.
Számítsa ki a sebességet. Ha már ismeri a kerékpáros sebességét vagy a vektor sebességét, írja le, és lépjen tovább. Ha még mindig ezt kell kiszámítania, használja az alábbi módszerek egyikét. Ez a sebességre vonatkozik, nem pedig a vektor sebességére (ami a sebesség egy bizonyos irányban), annak ellenére, hogy a betű gyakran v a sebességhez használják. Hagyjon figyelmen kívül minden fordulatot, amelyet a kerékpáros tesz, és tegyen úgy, mintha a teljes távolság egyenes lenne.
- Ha a kerékpáros állandó sebességgel mozog (nincs gyorsulás), akkor mérje meg a kerékpáros megtett távolságát, és ossza el azt a másodpercek számával, amelyre a távolság megtétele szükséges. Ez kiszámítja az átlagos sebességet, amely ebben a forgatókönyvben megegyezik az adott pillanat sebességével.
- Ha a kerékpáros állandó gyorsuláson halad és nem változtat irányt, akkor számítsa ki annak sebességét t a következő képlettel: sebesség (t idő) = (gyorsulás) (t) + kezdeti sebesség. Az idő másodpercben, a sebesség méter / másodpercben, a gyorsulás pedig m / s-ban van megadva.
Írja be a következő számokat a következő képletbe. Kinetikus energia = (1/2)m "v. Például, ha a kerékpáros 15 m / s sebességgel mozog, akkor mozgási energiája K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newtonméter = 7875 joule.
- A kinetikus energia képlete a munka definíciójából származtatható, W = FΔs, és a v = v egyenletből₀ + 2aΔs. A Δs "elmozdulásra" vagy a megtett távolságra utal.

3. módszer a 4-ből: A Joule kiszámítása elektromos energiaként

Számítsa ki az energiát az idő x idő felhasználásával. Az energiát az időegységenként elfogyasztott energiának definiáljuk, így az elfogyasztott energiát az időegység idő szorzatával számíthatjuk ki. Ez akkor hasznos, ha wattban mérik a teljesítményt, mert 1 watt = 1 joule / másodperc. Annak megállapításához, hogy egy 60 W-os izzó mennyi energiát használ fel 120 másodperc alatt, szorozza meg a következőket: (60 watt) x (120 másodperc) = 7200 joule.
- Ez a képlet bármilyen teljesítményre használható, wattban mérve, de a villamos energia a legkézenfekvőbb.
Az alábbi lépésekkel számítsa ki az áramkör energiaáramát. Az alábbi lépéseket gyakorlati példaként vázoljuk fel, de használhatja ezt a módszert az elméleti fizikai problémák megértéséhez is. Először kiszámoljuk a P teljesítményt a P = I x R képlet segítségével, ahol I az áram amperben és R az ellenállás ohmban. Ezek az egységek wattban adják meg a teljesítményt, így ettől a ponttól kezdve az előző lépésben alkalmazott képletet alkalmazhatjuk az energia joule-ban történő kiszámításához.
Válasszon egy ellenállást. Az ellenállásokat ohmban jelzik, értéküket közvetlenül az ellenálláson, vagy színes gyűrűkkel jelzik. Ellenállást ohmmérővel vagy multiméterrel is tesztelhet. Ebben a példában feltételezzük, hogy az általunk alkalmazott ellenállás 10 ohm.
Csatlakoztassa az ellenállást egy energiaforráshoz (akkumulátor). Ehhez használjon bilincseket, vagy helyezze az ellenállást egy teszt áramkörbe.
Hagyjon egy áramot átmenni rajta egy bizonyos ideig. Ebben a példában 10 másodpercet veszünk időegységként.
Mérje meg az áram erősségét. Ezt áramlásmérővel vagy multiméterrel teszi. A legtöbb háztartási áram milliamperben van, ezért feltételezzük, hogy az áram 100 milliamper vagy 0,1 amper.
Használja a P = I x R képletet. Most, hogy megtalálja az erőt, meg kell szoroznia az áram négyzet erejét az ellenállással. Ez megadja ennek az áramkörnek a teljesítményét wattban. A 0,1 négyzet 0,01-et ad. Ha ezt megszorozzuk 10-vel, akkor 0,1 watt vagy 100 milliwatt kimenő teljesítményt kapunk.
Szorozza meg az erőt az eltelt idővel. Ez biztosítja az energiát joule-ban. 0,1 watt x 10 másodperc 1 joule elektromos energiának felel meg.
- Mivel a Joule egy kicsi egység, és mivel a készülékek energiafogyasztását általában wattban, milliwattban és kilowattban adják meg, gyakran kényelmesebb kiszámítani az eszköz által elfogyasztott kWh (kilowattóra) számát. 1 watt 1 joule másodpercenként, vagy 1 joule 1 watt másodperc; egy kilowatt másodpercenként 1 kilojoule, egy kilojoule pedig 1 kilowatt másodperc. Egy óra alatt 3600 másodperc van, tehát 1 kilowattóra egyenlő 3600 kilowatt-másodperc, 3600 kilojoule vagy 3 600 000 joule.

4/4 módszer: A hő kiszámítása joule-ban

Határozza meg annak a tárgynak a tömegét, amelyhez hőt adnak. Ehhez használjon mérleget vagy mérleget. Ha a tárgy folyadék, először mérje meg az üres edényt, amelybe a folyadék kerül. Ezt ki kell vonni a tartály és a folyadék tömegéből, hogy megtalálja a folyadék tömegét. Ebben a példában feltételezzük, hogy az objektum 500 gramm víz.
- Használjon grammokat, ne egy másik mértékegységet, különben az eredmény nem lesz megadva Joule-ban.
Határozza meg a tárgy fajlagos hőjét. Ez az információ megtalálható a binas kémiai kézikönyvekben, de megtalálhatja online is. Ez a víz fajhője c 4,19 joule / gramm minden Celsius-fokon - vagy 4,1855, ha nagyon pontos akarsz lenni.
- A fajlagos hő kissé változik a hőmérséklettől és a nyomástól függően. Különböző szervezetek és tankönyvek különböző "szokásos hőmérsékleteket" használnak, így akár 4 179-et is találhat a víz fajhőjére.
- Celsius helyett Kelvint is használhat, mert 1 fok mindkét edénynél megegyezik (3 ° C-os hőmérséklet melegítése megegyezik 3 Kelvin-mel). Ne használja a Fahrenheit-t, különben az eredményt nem adják meg Joule-ban.
Határozza meg az objektum aktuális hőmérsékletét. Ha a tárgy folyékony, használhat egy szokásos (higany) hőmérőt. Más tárgyakhoz szükség lehet szondával ellátott hőmérőre.
Melegítse fel a tárgyat és mérje meg újra a hőmérsékletet. Ez lehetővé teszi, hogy megmérje azt a hőmennyiséget, amely a fűtés során hozzáadódott egy tárgyhoz.
- Ha tudni szeretné a hő formájában tárolt teljes energiamennyiséget, úgy tehet, mintha a kezdeti hőmérséklet abszolút nulla volt: 0 Kelvin vagy -273,15ºC.
A melegítés után vonja le az eredeti hőmérsékletet. Ez megadja az eredménynek a tárgy hőmérsékletének változását. Feltételezve, hogy a víz kezdetben 15 Celsius-fok, melegítés után pedig 35 Celsius-fok volt, a hőmérsékletváltozás tehát 20 Celsius-fok.
Szorozza meg az objektum tömegét a fajlagos hővel és a hőmérséklet változásával. Ezt a képletet H = értékkel írjamcΔT., ahol ΔT a "hőmérsékletváltozást" jelenti. Ebben a példában ez 500 g x 4,19 x 20 = 41 900 joule lesz.
- A hőt általában kalóriákban vagy kilokalóriákban fejezik ki. A kalória meghatározása az a hőmennyiség, amely szükséges ahhoz, hogy 1 gramm víz hőmérséklete 1 Celsius-fokkal emelkedjen, míg a kilokalória (vagy Kalória) az a hőmennyiség, amely szükséges 1 kilogramm víz hőmérsékletének 1 Celsius-fokkal történő emeléséhez. .. A fenti példában 500 gramm víz hőmérsékletének 20 Celsius fokkal történő emeléséhez 10 000 kalória vagy 10 kilokalória szükséges.

Tippek

A joule-hoz kapcsolódik egy másik munka- és energiaegység, amelyet ergnek hívnak; Az 1 erg egyenlő 1 dyne erővel 1 cm távolság szorzatával. Egy joule egyenlő 10 000 000 erg.

Figyelmeztetések

Noha a "joule" és a "newtonméter" kifejezések ugyanarra az egységre vonatkoznak, a gyakorlatban a "joule" -t az energia bármilyen formájának jelzésére és az egyenes vonalban végzett munkára használják, mint például a fenti lépcsőn való felmászás példájában. A nyomaték (forgó tárgyra ható erő) kiszámításához használjuk a "Newton méter" kifejezést.