Pomenovaný podľa britského fyzika Jamesa Edwarda Jouleho, joule (J) je jednou zo základných jednotiek medzinárodného metrického systému. Joule sa používa ako jednotka práce, energie a tepla a je široko používaný vo vedeckých aplikáciách. Ak chcete odpoveď v jouloch, vždy používajte štandardné vedecké jednotky. Foot-pound alebo britská jednotka tepla (BTU) sa stále používa v niektorých oblastiach, ale nie vo vašich domácich úlohách z fyziky.
Krok
Metóda 1 z 5: Výpočet práce v jouloch
Krok 1. Pochopte prácu vo fyzike
Ak tlačíte krabicu cez miestnosť, vynaložili ste úsilie. Ak zdvihnete škatuľu, vyvinuli ste tiež úsilie. V „obchode“musia existovať dve dôležité kritériá:
- Poskytujete stabilný štýl.
- Táto sila núti objekty pohybovať sa rovnakým smerom ako sila.
Krok 2. Pochopte definíciu podnikania
Úsilie sa dá ľahko vypočítať. Stačí vynásobiť množstvo sily a celkovú vzdialenosť, ktorú predmet prešiel. Vedci zvyčajne vyjadrujú silu v Newtonoch a vzdialenosť v metroch. Ak použijete obe tieto jednotky, výsledná jednotka práce je Joule.
Kedykoľvek si prečítate otázku o obchode, zastavte sa a premýšľajte o tom, kde je štýl. Ak dvíhate škatuľu, tlačíte ju nahor, aby sa škatuľka pohybovala nahor. Vzdialenosť, ktorú box prejde, je teda to, do akej výšky sa posunul. Keď však budete nabudúce kráčať vpred s boxom, nevyvinie sa žiadne úsilie. Aj keď škatuľu stále tlačíte nahor, aby nespadla, už sa nepohybuje nahor
Krok 3. Nájdite hmotnosť premiestňovaného objektu
Hmotnosť predmetu je potrebná na výpočet sily potrebnej na jeho pohyb. V našom prípade predpokladajme, že náklad má hmotnosť 10 kilogramov (kg).
Vyhnite sa používaniu libier alebo iných neštandardných jednotiek, inak nebude vaša konečná odpoveď v jouloch
Krok 4. Vypočítajte štýl
Sila = hmotnosť x zrýchlenie. V našom prípade, pri zdvíhaní závažia priamo hore, je zrýchlenie spôsobené gravitáciou, ktorá za normálnych okolností zrýchľuje objekt smerom dole rýchlosťou 9,8 metra/s.2. Vypočítajte silu potrebnú na posunutie bremena nahor vynásobením (10 kg) x (9,8 m/s2) = 98 kg m/s2 = 98 newtonov (N).
Ak sa objekt pohybuje horizontálne, gravitácia nemá žiadny vplyv. Problém vás môže požiadať, aby ste vypočítali silu potrebnú na to, aby odolali treniu. Ak vám problém hovorí o zrýchlení predmetu pri jeho tlačení, môžete známe zrýchlenie vynásobiť jeho hmotnosťou
Krok 5. Zmerajte prejdený výtlak
V tomto prípade predpokladajme, že náklad je zdvihnutý do výšky 1,5 metra (m). Výtlak musí byť meraný v metroch, inak nebude vaša konečná odpoveď v jouloch.
Krok 6. Vynásobte silu výtlakom
Ak chcete zdvihnúť hmotnosť 98 newtonov, vysokú 1,5 metra, musíte urobiť 98 x 1,5 = 147 joulov práce.
Krok 7. Vypočítajte prácu vykonanú na premiestnení objektu pod určitým uhlom
Náš vyššie uvedený príklad je jednoduchý: niekto vyvinie na predmet silu vpred a predmet sa pohne dopredu. Niekedy nie je smer sily a pohyb predmetu rovnaký, pretože na predmet pôsobí niekoľko síl. V nasledujúcom príklade vypočítame počet joulov potrebných na to, aby dieťa ťahalo sane 25 metrov cez plochý sneh potiahnutím lana nahor v uhle 30 °. Pre tento problém platí = sila x kosínus (θ) x výtlak. Symbol je grécke písmeno theta a opisuje uhol medzi smerom sily a smerom pohybu.
Krok 8. Nájdite celkovú aplikovanú silu
V prípade tohto problému predpokladajme, že dieťa ťahá za šnúru silou 10 newtonov.
Ak problém vyvíja silu vpravo, silu smerujúcu nahor alebo silu v smere pohybu, potom tieto sily už predstavujú časť x -kosínusu (θ) sily a môžete preskočiť dopredu a pokračovať v násobení hodnôt.
Krok 9. Vypočítajte zodpovedajúcu silu
Iba niekoľko štýlov ťahá sane dopredu. Keď struna smeruje nahor, iná sila sa ju pokúša vytiahnuť nahor, pričom ju ťahá proti gravitácii. Vypočítajte silu vyvíjanú v smere pohybu:
- V našom prípade je uhol medzi plochým snehom a lanom 30 °.
- Vypočítajte cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = približne 0,866. Na nájdenie tejto hodnoty môžete použiť kalkulačku, ale uistite sa, že kalkulačka používa rovnaké jednotky ako meranie uhla (stupne alebo radiány).
- Vynásobte celkovú silu x cos (θ). V našom prípade 10 síl x 0,866 = 8,66 síl v smere pohybu.
Krok 10. Vynásobte silu x výtlak
Teraz, keď poznáme silu, ktorá postupuje v smere pohybu, môžeme prácu vypočítať ako obvykle. Náš problém nám hovorí, že sane sa pohybujú dopredu o 20 metrov, takže vypočítajte 8,66 N x 20 m = 173,2 joulov práce.
Metóda 2 z 5: Výpočet joulov z wattov
Krok 1. Pochopte silu a energiu
Watt je jednotka výkonu alebo rýchlosti spotreby energie (energia delená časom). Kým Joule je jednotka energie. Ak chcete previesť watty na jouly, musíte určiť čas. Čím dlhšie prúdi elektrický prúd, tým väčšia je použitá energia.
Krok 2. Vynásobením wattov za sekundy získate jouly
1 W zariadenie spotrebuje 1 Joule energie každú 1 sekundu. Ak vynásobíte počet wattov sekundami, získate jouly. Ak chcete zistiť, koľko energie 60 W žiarovka spotrebuje za 120 sekúnd, stačí vynásobiť 60 wattov x 120 sekúnd = 7 200 joulov.
Tento vzorec je možné použiť pre akýkoľvek výkon vyjadrený vo wattoch, ale spravidla v elektrine
Metóda 3 z 5: Výpočet kinetickej energie v jouloch
Krok 1. Pochopte kinetickú energiu
Kinetická energia je množstvo energie vo forme pohybu. Rovnako ako ostatné energetické jednotky, kinetickú energiu možno písať v jouloch.
Kinetická energia sa rovná množstvu práce vykonanej na urýchlení statického objektu na určitú rýchlosť. Akonáhle objekt dosiahne túto rýchlosť, objekt si zachová určité množstvo kinetickej energie, kým sa energia nezmení na teplo (z trenia), gravitačnú potenciálnu energiu (z pohybu proti gravitácii) alebo iné druhy energie
Krok 2. Nájdite hmotnosť predmetu
Napríklad merame kinetickú energiu bicykla a cyklistu. Napríklad jazdec má hmotnosť 50 kg a jeho bicykel má hmotnosť 20 kg, pričom celková hmotnosť m je 70 kg. Teraz ich považujeme za jeden objekt s hmotnosťou 70 kg, pretože sa budú obaja pohybovať rovnakou rýchlosťou.
Krok 3. Vypočítajte rýchlosť
Ak už poznáte rýchlosť alebo rýchlosť cyklistu, stačí si to zapísať a ísť ďalej. Ak potrebujete vypočítať rýchlosť, použite jednu z nižšie uvedených metód. Všimnite si toho, že hľadáme rýchlosť, nie rýchlosť (čo je rýchlosť v danom smere), aj keď sa často používa skratka v. Ignorujte všetky zákruty, ktoré cyklista robí, a predpokladajte, že celá vzdialenosť je prejdená v priamke.
- Ak sa cyklista pohybuje konštantnou rýchlosťou (nezrýchľuje), zmerajte vzdialenosť, ktorú cyklista prejde v metroch, a vydelte počtom sekúnd, ktoré bude túto vzdialenosť trvať. Tento výpočet poskytne priemernú rýchlosť, ktorá sa v tomto prípade rovná okamžitej rýchlosti.
- Ak cyklista zažíva konštantné zrýchlenie a nemení smer, vypočítajte jeho rýchlosť v čase t podľa vzorca pre rýchlosť v čase t = (zrýchlenie) (t) + počiatočná rýchlosť. Sekundu použite na meranie času, meter/sekundu na meranie rýchlosti a m/s2 na meranie zrýchlenia.
Krok 4. Zapojte tieto čísla do nasledujúceho vzorca
Kinetická energia = (1/2) m v 2. Ak sa napríklad cyklista pohybuje rýchlosťou 15 m/s, jeho kinetická energia EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 newtonmetrov = 7875 joulov.
Vzorec pre kinetickú energiu možno odvodiť z definície práce, W = FΔs, a kinematickej rovnice v2 = v02 + 2aΔs. s predstavuje zmenu polohy alebo prejdenej vzdialenosti.
Metóda 4 z 5: Výpočet tepla v jouloch
Krok 1. Nájdite hmotnosť ohrievaného predmetu
Na jeho zmeranie použite váhu alebo pružinové vyváženie. Ak je predmetom tekutina, najskôr zmerajte prázdny obal, v ktorom sa tekutina nachádza, a zistite jeho hmotnosť. Musíte ju odpočítať od hmotnosti nádoby plus tekutiny, aby ste zistili hmotnosť kvapaliny. V tomto prípade povedzme, že predmetom je 500 gramov vody.
Použite gramy, nie iné jednotky, inak výsledok nebude jouly
Krok 2. Nájdite špecifické teplo objektu
Tieto informácie nájdete v odkazoch na chémiu, v knižnej forme aj online. V prípade vody je špecifické teplo c 4,19 joulov na gram na každý stupeň Celzia, ktorý sa ohrieva - alebo 4,1855, ak potrebujete presnú hodnotu.
- Skutočné špecifické teplo sa mierne líši v závislosti od teploty a tlaku. Rôzne organizácie a učebnice používajú rôzne štandardné teploty, takže môžete vidieť špecifické teplo vody uvedené ako 4,179.
- Môžete použiť Kelvin namiesto Celzia, pretože teplotný rozdiel je pre obe jednotky rovnaký (zahriatie niečoho na 3 ° C sa rovná ohrevu na 3 Kelviny). Nepoužívajte stupne Fahrenheita, inak nebudú vaše výsledky v jouloch.
Krok 3. Zistite počiatočnú teplotu objektu
Ak je predmet tekutý, môžete použiť ortuťový teplomer. Pri niektorých položkách budete možno potrebovať teplomer so sondou.
Krok 4. Zahrejte predmet a znova zmerajte teplotu
Toto bude merať tepelný zisk objektu pri zahrievaní.
Ak chcete zmerať celkové množstvo energie uloženej ako teplo, môžete predpokladať, že počiatočná teplota je absolútna nula: 0 Kelvinov alebo -273,15 ° C. To nie je veľmi užitočné
Krok 5. Odpočítajte počiatočnú teplotu od teploty zahrievania
Toto zníženie bude mať za následok určitý stupeň zmeny teploty v objekte. Za predpokladu, že voda mala predtým 15 stupňov Celzia a zahriala sa na 35 stupňov Celzia, teplota sa zmení na 20 stupňov Celzia.
Krok 6. Vynásobte hmotnosť objektu jeho špecifickým teplom a veľkosťou zmeny teploty
Vzorec je napísaný Q = mc T, kde T je zmena teploty. V tomto prípade by to bolo 500 g x 4, 19 x 20 alebo 41 900 joulov.
Teplo sa častejšie zapisuje do metrického systému kalórií alebo kilokalórií. Kalória je definovaná ako množstvo tepla potrebného na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia, pričom kilokalória je množstvo tepla potrebného na zvýšenie teploty 1 kilogramu vody o 1 stupeň Celzia. Vo vyššie uvedenom príklade pri zvýšení teploty 500 gramov vody o 20 stupňov Celzia spotrebujete 10 000 kalórií alebo 10 kilokalórií
Metóda 5 z 5: Výpočet joulov ako elektrickej energie
Krok 1. Na výpočet toku energie v elektrickom obvode použite nižšie uvedené kroky
Nasledujúce kroky sú uvedené ako praktické príklady, ale metódu môžete použiť aj na porozumenie písomným fyzikálnym problémom. Najprv vypočítame výkon P pomocou vzorca P = I2 x R, kde I je prúd v ampéroch a R je odpor v ohmoch. Tieto jednotky vyrábajú energiu vo wattoch, takže odtiaľto môžeme použiť vzorec v predchádzajúcom kroku na výpočet energie v jouloch.
Krok 2. Vyberte odpor
Rezistory sa merajú v ohmoch, pričom veľkosti sú zapísané priamo alebo sú reprezentované zbierkou farebných čiar. Odpor rezistora môžete otestovať aj jeho pripojením k ohmmetru alebo multimetru. V tomto prípade predpokladáme, že odpor je 10 ohmov.
Krok 3. Pripojte odpor k zdroju prúdu
Vodiče môžete k odporu pripojiť pomocou Fahnestockovej alebo aligátorovej svorky alebo môžete odpor zapojiť do testovacej dosky.
Krok 4. Prúdový prúd obvodom po určitý časový interval
V tomto prípade použijeme interval 10 sekúnd.
Krok 5. Zmerajte aktuálnu silu
Vykonajte to pomocou ampérmetra alebo multimetra. Väčšina prúdov pre domácnosť sa meria v miliampéroch alebo tisícoch ampérov, preto predpokladáme, že prúd je 100 miliampérov alebo 0,1 ampéra.
Krok 6. Použite vzorec P = I2 x R.
Ak chcete nájsť silu, vynásobte druhú mocninu prúdu odporom. Výsledkom je výstupný výkon vo wattoch. Kvadratúra 0,1 dáva výsledok 0,01, vynásobený 10 dáva výkon 0,1 wattu alebo 100 miliwattov.
Krok 7. Vynásobte výkon uplynutým časom
Toto násobenie dáva výstup energie v jouloch. 0,1 wattu x 10 sekúnd sa rovná 1 joulu elektrickej energie.
