Задаволены

• Крок
• Спосаб 1 з 4: Разлік працы ў джоўлях
• Спосаб 2 з 4: Разлік кінэтычнай энергіі ў джоўлях
• Метад 3 з 4: Разлік Джоуля як электрычнай энергіі
• Метад 4 з 4: Разлік цеплыні ў джоўлях
• Парады
• Папярэджанні
• Неабходнасці

Джоўль (J), названы ў гонар англійскага фізіка Джэймса Эдварда Джоўля, з'яўляецца адной з найважнейшых адзінак Міжнароднай метрычнай сістэмы. Джоўль выкарыстоўваецца як адзінка працы, энергіі і цяпла і шырока выкарыстоўваецца ў навуцы. Калі вы хочаце, каб ваш адказ быў у джоўлях, заўсёды выкарыстоўвайце стандартныя навуковыя адзінкі.

Крок

Спосаб 1 з 4: Разлік працы ў джоўлях

1. Вызначэнне працы. Праца вызначаецца як пастаянная сіла, якая прыкладаецца да аб'екта для перамяшчэння яго на пэўную адлегласць. Калі прыкладзена не больш за адну сілу, яе можна вылічыць як улада X адлегласць, і можа быць запісана ў адзінках джоуля (эквівалентна "ньютанаўскаму метру"). У нашым першым прыкладзе мы возьмем чалавека, які хоча дадаць вага ад падлогі да вышыні грудзей, і вылічым, колькі працы гэты чалавек зрабіў.
   • Сіла павінна прымяняцца па кірунку руху. Утрымліваючы прадмет і ідучы наперад, над прадметам не робіцца ніякай працы, таму што вы не штурхаеце прадмет у напрамку яго руху.
2. Вызначце масу прадмета, які рухаецца. Маса прадмета неабходная для разліку сілы, неабходнай для яго перамяшчэння. У нашым прыкладзе мы сцвярджаем, што вага мае масу 10 кг.
   • Не выкарыстоўвайце фунты або іншыя нестандартныя адзінкі, інакш канчатковы адказ не будзе ў джоўлях.
3. Разлічыце сілу. Сіла = маса х паскарэнне. У нашым прыкладзе, падымаючы цяжар прама ўверх, паскарэнне, якое мы спрабуем пераадолець, роўна сіле цяжару, 9,8 м / с уніз. Разлічыце сілу, неабходную для ўзняцця цяжару, выкарыстоўваючы (10 кг) х (9,8 м / с) = 98 кг м / с = 98 ньютанаў (Н).
   • Калі аб'ект перамяшчаецца гарызантальна, то гравітацыя не мае значэння. Замест гэтага праблема можа падказаць вам сілу, неабходную для пераадолення супраціву трэння. Калі яму дадзена, якое паскарэнне аб'екта пры яго націску, вы можаце памножыць дадзенае паскарэнне на масу.
4. Вымерайце адлегласць, па якой рухаецца аб'ект. У гэтым прыкладзе мы мяркуем, што вага падымаецца на 1,5 метра (м). Адлегласць неабходна вымяраць у метрах, інакш канчатковы адказ не можа быць запісаны ў джоўлях.
5. Памножце сілу на адлегласць. Каб падняць цяжар 98 ньютанаў на 1,5 метра, вам прыйдзецца зрабіць 98 х 1,5 = 147 джоўляў працы.
6. Разлічыце працу прадметаў, якія рухаюцца пад вуглом. Наш прыклад вышэй быў просты: хтосьці прыклаў да аб'екта сілу ўверх, і ён падняўся. Часам кірунак сілы і рух аб'екта не зусім аднолькавыя, бо на аб'ект дзейнічаюць некалькі сіл. У наступным прыкладзе мы збіраемся вылічыць, колькі Джоўляў трэба, каб перацягнуць сані на 25 метраў па снезе, нацягнуўшы вяроўку, прымацаваную да саней, пад вуглом 30º да гарызанталі. Мае месца наступнае: праца = сіла х cos (θ) х адлегласць. "Сімвалам" з'яўляецца грэчаская літара "тэта" і ўяўляе кут паміж напрамкам сілы і напрамкам руху.
7. Вызначце агульную прыкладзеную сілу. У гэтай праблеме мы гаворым, што хтосьці цягне вяроўку сілай 10 Ньютанаў.
   • Калі ўжо дадзена сіла "направа", "уверх" ці "па кірунку руху", "force x cos (") "разлічана, і вы можаце перайсці да множання значэнняў.
8. Разлічыце адпаведную сілу. Толькі частка сілы цягне карэту наперад. Паколькі трос знаходзіцца пад вуглом, астатнія сілы спрабуюць падняць калыску ўверх, процідзейнічаючы сіле цяжару. Разлічыце сілу па кірунку руху:
   • У нашым прыкладзе кут θ паміж зямлёй і вяроўкай роўны 30º.
   • Вылічыце cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = прыблізна 0,866. Вы можаце выкарыстоўваць калькулятар, каб знайсці гэта значэнне, але пераканайцеся, што ў вашым калькулятары выкарыстоўваецца правільная адзінка, у якой указаны кут (у градусах або радыянах).
   • Памножце агульную сілу x cos (θ). У нашым прыкладзе 10N х 0,866 = 8,66 N у напрамку руху.
9. Памножце сілу х адлегласць. Цяпер, калі мы ведаем, колькі сілы ўжываецца ў кірунку руху, мы можам вылічыць працу, як звычайна. Наша праблема кажа нам, што экіпаж быў адбуксіраваны на 20 метраў наперад, таму мы разлічваем 8,66 N х 20 м = 173,2 джоуля працы.

Спосаб 2 з 4: Разлік кінэтычнай энергіі ў джоўлях

1. Зразумець пэўную кінэтычную энергію. Кінетычная энергія - гэта колькасць энергіі ў выглядзе руху. Як і ў любой форме энергіі, яна можа выяўляцца ў джоўлях.
   • Кінетычная энергія роўная колькасці працы, якая выконваецца для паскарэння нерухомага аб'екта да пэўнай хуткасці. Пасля дасягнення гэтай хуткасці аб'ект захоўвае гэтую колькасць кінэтычнай энергіі, пакуль гэтая энергія не ператворыцца ў цяпло (трэннем), гравітацыйную энергію (ідучы супраць гравітацыі) альбо іншыя віды энергіі.
2. Вызначце масу прадмета. Напрыклад, мы можам вымераць кінэтычную энергію ровара і веласіпедыста. Дапусцім, маса веласіпедыста - 50 кг, а веласіпеда - 20 кг. Гэта складае агульную масу м 70 кг. Цяпер мы можам разглядаць іх разам як 1 прадмет у 70 кг, таму што яны рухаюцца разам з аднолькавай хуткасцю.
3. Разлічыце хуткасць. Калі вы ўжо ведаеце хуткасць або вектарную хуткасць веласіпедыста, запішыце гэта і рухайцеся далей. Калі вам усё яшчэ трэба вылічыць гэта, скарыстайцеся адным з прыведзеных ніжэй спосабаў. Гэта датычыцца хуткасці, а не вектарнай хуткасці (якая ўяўляе сабой хуткасць у пэўным кірунку), нягледзячы на ​​тое, што літара часта v выкарыстоўваецца для хуткасці. Не звяртайце ўвагі на любы паварот веласіпедыста і рабіце выгляд, што ўся адлегласць знаходзіцца на прамой лініі.
   • Калі веласіпедыст рухаецца з пастаяннай хуткасцю (без паскарэння), вымерайце адлегласць, якую праехаў веласіпедыст, і падзяліце на колькасць секунд, якія трэба было пераадолець. Пры гэтым вылічваецца сярэдняя хуткасць, якая ў гэтым сцэнары такая ж, як і хуткасць у любы момант.
   • Калі веласіпедыст рухаецца з пастаянным паскарэннем і не мяняе напрамак, вылічыце яго хуткасць у той час т з формулай ’хуткасць (час t) = (паскарэнне) (т) + пачатковая хуткасць. Час у секундах, хуткасць у метрах / секунду і паскарэнне ў м / с.
4. Увядзіце наступныя лічбы ў наступную формулу. Кінетычная энергія = (1/2)м "v. Напрыклад, калі веласіпедыст рухаецца з хуткасцю 15 м / с, то яго кінэтычная энергія K = (1/2) (70 кг) (15 м / с) = (1/2) (70 кг) ( 15 м / с) (15 м / с) = 7875 кгм / с = 7875 ньютанаў = 7875 джоуляў.
   • Формулу кінетычнай энергіі можна атрымаць з азначэння працы, W = FΔs, і ўраўнення v = v₀ + 2aΔs. Δs адносіцца да "зрушэння", альбо таксама да пройдзенай адлегласці.

Метад 3 з 4: Разлік Джоуля як электрычнай энергіі

1. Разлічыце энергію з выкарыстаннем магутнасці х часу. Магутнасць вызначаецца як спажываная энергія за адзінку часу, таму мы можам вылічыць спажываную энергію па магутнасці, памножанай на адзінку часу. Гэта карысна пры вымярэнні магутнасці ў Вт, таму што 1 Вт = 1 Джоўль / секунду. Каб даведацца, колькі энергіі выкарыстоўвае лямпа напальвання 60 Вт за 120 секунд, памножце наступнае: (60 Вт) х (120 секунд) = 7200 джоўляў.
   • Гэтая формула можа быць выкарыстана для любога віду магутнасці, вымеранай у ватах, але электрычнасць найбольш відавочная.
2. Выканайце наступныя дзеянні для разліку энергетычнага патоку ў электрычнай ланцугу. Крокі ніжэй прыведзены ў якасці практычнага прыкладу, але вы таксама можаце выкарыстоўваць гэты метад для разумення тэарэтычных праблем фізікі. Спачатку мы разлічваем магутнасць P, выкарыстоўваючы формулу P = I x R, дзе I - сіла току ў амперах, а R - супраціў у Омах. Гэтыя адзінкі даюць нам магутнасць у ватах, таму з гэтага моманту мы можам ужыць формулу, выкарыстаную на папярэднім этапе для разліку энергіі ў джоўлях.
3. Выберыце рэзістар. Рэзістары абазначаюцца ў Омах, а іх значэнне паказваецца непасрэдна на рэзістары альбо абазначаецца шэрагам каляровых кольцаў. Вы таксама можаце праверыць супраціў омметрам або мультиметром. У гэтым прыкладзе мы мяркуем, што супраціў, якое мы выкарыстоўваем, складае 10 Ом.
4. Падключыце рэзістар да крыніцы энергіі (батарэі). Выкарыстоўвайце для гэтага заціскі альбо змесціце рэзістар у выпрабавальную ланцуг.
5. Няхай праз яго цячэ на працягу пэўнага часу. У гэтым прыкладзе мы прымаем 10 секунд як адзінку часу.
6. Вымерайце сілу току. Вы робіце гэта з дапамогай расходомера або мультиметра. Большая частка бытавога току знаходзіцца ў міліамперах, таму мы мяркуем, што сіла току складае 100 міліампер, або 0,1 ампера.
7. Выкарыстоўвайце формулу P = I x R. Цяпер, каб знайсці магутнасць, вы памножыце квадратную магутнасць току на супраціў. Гэта дае вам магутнасць гэтай схемы ў ватах. Квадрат 0,1 дае 0,01. Памножце гэта на 10, і вы атрымаеце магутнасць на выхадзе 0,1 Вт, альбо 100 міліват.
8. Памножце магутнасць на мінулы час. Гэта забяспечвае энергію ў джоўлях. 0,1 Вт х 10 секунд роўна 1 джоулю электрычнай энергіі.
   • Паколькі Джоўль - гэта невялікая адзінка, і паколькі энергаспажыванне прыбораў звычайна паказваецца ў ватах, міліватах і кілаватах, часцяком зручней вылічваць колькасць кВт-гадзін (кілават-гадзін), якое спажывае прылада. 1 ват роўны 1 джоулю ў секунду, альбо 1 джоўль роўны 1 ват секунды; адзін кілават роўны 1 кіладжалю ў секунду, а адзін кілават - 1 кілават у секунду. За гадзіну прыпадае 3600 секунд, таму 1 кілават-гадзіна роўная 3600 кілават-секундам, 3600 кіладжаль або 3600000 джоўляў.

Метад 4 з 4: Разлік цеплыні ў джоўлях

1. Вызначце масу прадмета, да якога дадаецца цяпло. Для гэтага выкарыстоўвайце вагу або шалі. Калі прадмет з'яўляецца вадкасцю, спачатку ўзважце пустую ёмістасць, у якую патрапіць вадкасць. Вам трэба будзе адняць гэта ад масы ёмістасці і вадкасці, каб знайсці масу вадкасці. У гэтым прыкладзе мы мяркуем, што аб'ект складае 500 грамаў вады.
   • Выкарыстоўвайце грам, а не іншую адзінку, інакш вынік не будзе дадзены ў джоўлях.
2. Вызначце ўдзельную цеплыню аб'екта. Гэтую інфармацыю можна знайсці ў даведніках па хіміі binas, але вы таксама можаце знайсці яе ў Інтэрнэце. Гэта ўдзельная тэмпература вады c роўна 4,19 джоуля на грам для кожнай ступені Цэльсія - альбо 4,1855, калі вы хочаце быць вельмі дакладным.
   • Удзельная тэмпература нязначна мяняецца ў залежнасці ад тэмпературы і ціску. Розныя арганізацыі і падручнікі выкарыстоўваюць розныя "стандартныя тэмпературы", таму для ўдзельнай цеплаты вады вы можаце знайсці каля 1779.
   • Вы таксама можаце выкарыстоўваць Кельвіна замест Цэльсія, таму што 1 градус аднолькавы для абедзвюх страў (нагрэў пры тэмпературы 3 ° C такі ж, як пры 3 Кельвіне). Не выкарыстоўвайце Фарэнгейта, інакш вынік не будзе дадзены ў Джоўлях.
3. Вызначце бягучую тэмпературу аб'екта. Калі аб'ектам з'яўляецца вадкасць, вы можаце выкарыстоўваць звычайны (ртутны) тэрмометр. Для іншых аб'ектаў вам можа спатрэбіцца тэрмометр з зондам.
4. Нагрэйце прадмет і зноў вымерайце тэмпературу. Гэта дазваляе вымераць колькасць цяпла, якое дадаецца да аб'екта падчас нагрэву.
   • Калі вы хочаце даведацца агульную колькасць энергіі, якая захоўваецца ў выглядзе цяпла, вы можаце зрабіць выгляд, што пачатковая тэмпература была абсалютным нулём: 0 Кельвіна альбо -273,15 ° C.
5. Адняць тэмпературу ад тэмпературы пасля награвання. Гэта дае ў выніку змену тэмпературы аб'екта. Калі выказаць здагадку, што вада першапачаткова была 15 градусаў Цэльсія, а пасля нагрэву 35 градусаў Цэльсія, таму змена тэмпературы складае 20 градусаў Цэльсія.
6. Памножце масу аб'екта на ўдзельную цеплыню і змену тэмпературы. Вы пішаце гэтую формулу як H =мкΔТ., дзе ΔT ўяўляе сабой "змену тэмпературы". У гэтым прыкладзе гэта становіцца 500 г х 4,19 х 20 = 41 900 джоўляў.
   • Як правіла, цяпло выяўляецца ў калорыях або кілакалорыях. Калорыя вызначаецца як колькасць цяпла, неабходнае для павышэння тэмпературы вады на 1 грам на 1 градус Цэльсія, у той час як кілакалорыя (альбо Калорыя) - колькасць цяпла, неабходнае для павышэння тэмпературы вады на 1 кілаграм на 1 градус Цэльсія. ... У прыведзеным вышэй прыкладзе для павышэння тэмпературы вады на 500 грам на 20 градусаў Цэльсія патрабуецца 10 000 калорый альбо 10 кілакалорый.

Парады

• З джоулем звязана яшчэ адна адзінка працы і энергіі, якая называецца эрг; 1 эрг роўны 1 сіле дына, памножанай на адлегласць 1 см. Адзін джоўль роўны 10000000 эргаў.

Папярэджанні

• Хоць тэрміны "джоўль" і "ньютанометр" адносяцца да адной і той жа адзінкі, на практыцы "джоўль" выкарыстоўваецца для абазначэння любой формы энергіі і для работ, якія выконваюцца па прамой лініі, як у прыкладзе ўздыму па лесвіцы вышэй. Калі ён выкарыстоўваецца для разліку крутоўнага моманту (сілы на які верціцца аб'ект), мы аддаем перавагу тэрміну "ньютанаўскі метр".

Неабходнасці

Разлік працы або кінэтычнай энергіі:

• Секундамер або таймер
• Шалі або раўнавагу
• Калькулятар з функцыяй косінуса (толькі для працы, не заўсёды неабходны)

Разлік электрычнай энергіі:

• Супраціўленне
• Правады альбо дошка для выпрабаванняў
• Мультиметр (альбо омметр і лічыльнік току)
• Кліпсы Fahnestock або алігатар

Цяпло:

• Аб'ект, які трэба награваць
• Крыніца цяпла (напрыклад, гарэлка Бунзена)
• Тэрмометр (вадкі тэрмометр ці тэрмометр з зондам)
• Даведка па хіміі / хіміі (для знаходжання ўдзельнай цеплаты аб'екта, які награваецца)