Hogyan kell kiszámítani a joule -t

Tartalom

Lépések
1. módszer az 5 -ből: A munka kiszámítása (J)
2. módszer az 5 -ből: Energia (J) kiszámítása adott teljesítményből (W)
3. módszer az 5 -ből: A kinetikus energia (J) kiszámítása
4. módszer az 5 -ből: A hőmennyiség (J) kiszámítása
5. módszer az 5 -ből: Az elektromos energia (J) kiszámítása
Tippek
Figyelmeztetések
Mire van szükséged

A joule (J) a Nemzetközi Egységrendszer (SI) egyik legfontosabb egysége. A joule -k mérik a munkát, az energiát és a hőt. A végeredmény joule -ban való ábrázolásához használjon SI egységeket.Ha a feladatban más mértékegységeket is megadnak, konvertálja át őket a Nemzetközi Egységrendszerből.

Lépések

1. módszer az 5 -ből: A munka kiszámítása (J)

1 A munka fogalma a fizikában. Ha mozgatja a dobozt, akkor elvégezheti a munkát. Ha felemeli a dobozt, akkor elvégezte a munkát. A munka elvégzéséhez két feltételnek kell teljesülnie:
- Állandó erőt alkalmaz.
- Az alkalmazott erő hatására a test az erő hatásának irányába mozog.
2 Számítsa ki a munkát. Ehhez meg kell szorozni az erőt és a távolságot (amellyel a test mozgott). SI -ben az erőt newtonban, a távolságot méterben mérik. Ha ezeket az egységeket használja, a kapott munkát joule -ban mérik.
- A problémák megoldásakor határozza meg az alkalmazott erő irányát. A doboz felemelésekor az erő alulról felfelé irányul, de ha a kezébe veszi a dobozt, és bizonyos távolságot jár, akkor nem fogja elvégezni a munkát - erőt alkalmaz, hogy a doboz ne essen le, de ez az erő nem mozgatja a dobozt.
3 Keresse meg testsúlyát. A test mozgatásához szükséges erőt kell kiszámítani. Vegyünk egy példát: számítsa ki a sportoló által végzett munkát 10 kg súlyú súlyzó felemelésekor (padlóról mellkasra).
- Ha a probléma nem szabványos mértékegységeket tartalmaz, konvertálja azokat SI-egységekre.
4 Számítsa ki az erősséget. Erő = tömeg x gyorsulás. Példánkban figyelembe vesszük a gravitáció gyorsulását, amely 9,8 m / s. A rúd felfelé mozgatásához alkalmazandó erő 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Ha a test vízszintes síkban mozog, ne vegye figyelembe a gravitáció miatti gyorsulást. Talán a feladat megköveteli a súrlódás leküzdéséhez szükséges erő kiszámítását. Ha a feladatban gyorsulást adunk meg, akkor egyszerűen szorozzuk meg az adott testtömeggel.
5 Mérje meg a megtett távolságot. Példánkban tegyük fel, hogy a rudat 1,5 m magasságba emelik. (Ha a feladatban nem szabványos mértékegységeket ad meg, konvertálja őket SI-egységekre.)
6 Szorozzuk meg az erőt a távolsággal. Annak érdekében, hogy 10 kg súlyú súlyzót 1,5 m magasságba emelhessen, a sportoló 98 x 1,5 = 147 J.
7 Számítsa ki a munkát, ha az erőt szögben irányítják. Az előző példa egészen egyszerű volt: a test erő- és mozgásirányai egybeestek. De bizonyos esetekben az erő a menetirányhoz képest szögben irányul. Vegyünk egy példát: számítsuk ki azt a munkát, amelyet egy gyermek végzett 25 m -es szán húzásával egy kötéllel, amely 30 fokos távolságra van a vízszintestől. Ebben az esetben a munka = erő x koszinusz (θ) x távolság. A angle szög az erő iránya és a mozgás iránya közötti szög.
8 Keresse meg a teljes alkalmazott erőt. Példánkban tegyük fel, hogy a gyermek 10 N erővel hat.
- Ha a probléma azt mondja, hogy az erő felfelé, vagy jobbra / balra irányul, vagy iránya egybeesik a test mozgási irányával, akkor a munka kiszámításához egyszerűen szorozza meg az erőt és a távolságot.
9 Számítsa ki a megfelelő erőt. Példánkban a teljes erőnek csak egy töredéke húzza előre a szánt. Mivel a kötél felfelé irányul (a vízszinteshez képest szögben), a teljes erő egy másik része megpróbálja felemelni a szánt. Ezért számítsa ki az erőt, amelynek iránya egybeesik a mozgás irányával.
- Példánkban a θ szög (a talaj és a kötél között) 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Keresse meg ezt az értéket egy számológép segítségével; állítsa a szög mértékegységét a számológépben fokra.
- Szorozzuk meg a teljes erőt cosθ -val. Példánkban: 10 x 0,866 = 8,66 É - ez olyan erő, amelynek iránya egybeesik a mozgás irányával.
10 A munka kiszámításához szorozza meg a megfelelő erőt a távolsággal. Példánkban: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

2. módszer az 5 -ből: Energia (J) kiszámítása adott teljesítményből (W)

1 Erő és energia. A teljesítményt wattban (W) mérik, és az energia változásának, átalakításának, átvitelének vagy fogyasztásának sebességét írja le, amelyet joule -ban (J) mérnek.Egy adott teljesítmény (W) energiájának (J) kiszámításához ismernie kell az időtartamot.
2 Az energia (J) kiszámításához szorozza meg a teljesítményt (W) idővel (időkkel). Az 1 W teljesítményű készülék 1 J energiát fogyaszt 1 másodpercenként. Például számítsuk ki a 60 W -os izzó által 120 másodpercig fogyasztott energiát: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Ez a képlet igaz minden wattban mért teljesítményre, de leggyakrabban az elektromossággal kapcsolatos feladatokra használják.

3. módszer az 5 -ből: A kinetikus energia (J) kiszámítása

1 A kinetikus energia a mozgás energiája. Joule -ban fejezhető ki (J).
- A kinetikus energia egyenértékű azzal a munkával, amelyet az álló test bizonyos sebességre történő felgyorsítására végeznek. Egy bizonyos sebesség elérése után a test mozgási energiája állandó marad mindaddig, amíg hővé (súrlódásból), gravitációs potenciális energiává (gravitációval szembeni mozgás) vagy más típusú energiává nem alakul át.
2 Keresse meg testsúlyát. Például számítsa ki egy kerékpár és egy kerékpáros mozgási energiáját. A kerékpáros súlya 50 kg, a kerékpáré 20 kg, ami azt jelenti, hogy a teljes testtömeg 70 kg (tekintse a kerékpárt és a kerékpárosot egyetlen testnek, mivel ugyanabban az irányban és azonos sebességgel fognak haladni).
3 Számítsa ki a sebességet. Ha a sebesség megadja a problémát, folytassa a következő lépéssel; ellenkező esetben számítsa ki az alábbi módszerek egyikével. Vegye figyelembe, hogy a sebesség iránya itt elhanyagolható; továbbá tegyük fel, hogy a kerékpáros egyenes vonalban halad.
- Ha a kerékpáros állandó sebességgel (gyorsulás nélkül) közlekedett, mérje meg a megtett utat (m), és ossza el a megtett idő (ek) vel. Ez megadja az átlagos sebességet.
- Ha a kerékpáros gyorsult, és a gyorsulás értéke és a mozgás iránya nem változott, akkor a sebességet egy adott t időpontban a következő képlettel kell kiszámítani: gyorsulás x t + kezdeti sebesség. Az időt másodpercben mérik, a sebességet m / s -ban, a gyorsulást m / s -ban.
4 Dugja be az értékeket a képletbe. Kinetikai energia = (1/2) mv, ahol m tömeg, v sebesség. Például, ha egy kerékpáros sebessége 15 m / s, akkor mozgási energiája K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
- A mozgási energia kiszámításának képlete a munka definíciójából (W = FΔs) és a kinematikai egyenletből (v = v₀ + 2aΔs, ahol Δs a megtett távolság).

4. módszer az 5 -ből: A hőmennyiség (J) kiszámítása

1 Keresse meg a fűtött test tömegét. Ehhez használjon mérleget vagy rugós mérleget. Ha a test folyadék, először mérje le az üres tartályt (amelybe a folyadékot önteni fogja), hogy megtalálja a tömegét. A folyadék mérése után vonja le az üres tartály tömegét ebből az értékből, hogy megtalálja a folyadék tömegét. Vegyük például az 500 g súlyú vizet.
- Az eredmény joule -ban való méréséhez a tömeget grammban kell mérni.
2 Keresse meg a test fajhőjét. Megtalálható kémia, fizika tankönyvben vagy az interneten. A víz fajlagos hőkapacitása 4,19 J / g.
- A fajlagos hő kissé változik a hőmérséklettől és a nyomástól. Például egyes forrásokban a víz fajlagos hőkapacitása 4,18 J / g (mivel a különböző források különböző "referencia -hőmérséklet" értékeket választanak).
- A hőmérsékletet Kelvin vagy Celsius fokokban lehet mérni (mivel a két hőmérséklet közötti különbség azonos lesz), de nem Fahrenheit fokban.
3 Keresse meg a kezdő testhőmérsékletet. Ha a test folyékony, használjon hőmérőt.
4 Melegítse fel a testet, és keresse meg a végső hőmérsékletét. Így megtalálhatja a testbe melegített hőmennyiséget.
- Ha meg szeretné találni a teljes hővé alakított energiát, akkor tekintse a kezdeti testhőmérsékletet abszolút nullának (0 Kelvin vagy -273,15 Celsius fok). Ez általában nem érvényes.
5 A testhőmérséklet változásának megállapításához vonja le a kezdő testhőmérsékletet a véghőmérsékletről. Például a vizet 15 Celsius fokról 35 Celsius fokra melegítik fel, vagyis a víz hőmérsékletének változása 20 Celsius fok.
6 Szorozzuk meg a testtömeget, annak fajhőjét és a testhőmérséklet változását. Képlet: H = mcΔT, ahol ΔT a hőmérséklet változása. Példánkban: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- A hőt néha kalóriákban vagy kilokalóriákban mérik. A kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 gramm víz hőmérsékletét 1 Celsius fokkal megemeljük; A kilokalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 kg víz hőmérsékletét 1 Celsius fokkal megemeljük. A fenti példában 10 000 kalóriára vagy 10 kcal -ra lenne szükség ahhoz, hogy 500 gramm víz hőmérsékletét 20 Celsius fokkal megemeljük.

5. módszer az 5 -ből: Az elektromos energia (J) kiszámítása

1 Ez egy módszert ír le az elektromos áramkör energiaáramának kiszámítására. Egy gyakorlati példát hozunk fel, amely alapján meg lehet oldani a fizikai problémákat. Először is számítsuk ki a teljesítményt a P = I x R képlet szerint, ahol I az áramerősség (A), R az ellenállás (Ohm). Megtalálja a teljesítményt (W), amellyel kiszámíthatja az energiát (J) (lásd a második fejezetet).
2 Vegyünk egy ellenállást. Az ellenállás ellenállási értékét (Ohm) szám vagy színkód jelöli. Az ellenállás ellenállását az ohmmérőhöz vagy multiméterhez csatlakoztatva is meghatározhatja. Vegyünk például egy 10 ohmos ellenállást.
3 Csatlakoztassa az ellenállást az áramforráshoz. Ehhez krokodilcsipeszeket vagy elektromos áramkörrel ellátott kísérleti állványt használjon.
4 Átvezetni egy áramot egy bizonyos ideig az áramkörön. Tegye ezt például 10 másodpercig.
5 Határozza meg az áramerősséget. Ehhez használjon ampermérőt vagy multimétert. Például az áram 100 mA = 0,1 A.
6 Számítsa ki a teljesítményt (W) a P = I x R képlet segítségével. Példánkban: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Szorozza meg az energiát és az időt az energia megtalálásához (J). Példánkban: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Mivel az 1 joule kicsi érték, és az elektromos készülékek teljesítményét wattban, milliwattban és kilowattban jelzik, a lakás- és kommunális szektorban az energiát általában kilowattórákban mérik. Ha 1 W = 1 J / s, akkor 1 J = 1 W ∙ s; ha 1 kW = 1 kJ / s, akkor 1 kJ = 1 kW ∙ s. Mivel 1 h = 3600 s, akkor 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tippek

SI -ben az energiát és a munkát erg -ben is mérik. 1 erg = 1 dyne (erő mértékegysége) x 1 cm 1 J = 10 000 000 erg.

Figyelmeztetések

A joule és a newton méter a munka mértékegységei. A joule -k mérik az energiát és az elvégzett munkát, amikor a test egyenes vonalban mozog. Ha a test forog, a mértékegység newton-méter.