Hvernig á að reikna joules

Efni.

Skref
Aðferð 1 af 5: Reikna vinnu (J)
Aðferð 2 af 5: Reiknaðu orku (J) frá gefnu afli (W)
Aðferð 3 af 5: Reikningur hreyfiorku (J)
Aðferð 4 af 5: Reikningur hitamagn (J)
Aðferð 5 af 5: Reikningur rafmagns (J)
Ábendingar
Viðvaranir
Hvað vantar þig

Joule (J) er ein mikilvægasta einingin í Alþjóðlega einingakerfinu (SI). Joules mæla vinnu, orku og hita. Til að tákna endanlega niðurstöðu í joules, notaðu SI einingar.Ef aðrar mælieiningar eru gefnar í verkefninu skaltu breyta þeim í mælieiningar frá Alþjóðlega einingakerfinu.

Skref

Aðferð 1 af 5: Reikna vinnu (J)

1 Hugmyndin um vinnu í eðlisfræði. Ef þú færir kassann færðu verkið. Ef þú lyftir kassanum, þá hefur þú unnið verkið. Til að verkið sé unnið þarf að uppfylla tvö skilyrði:
- Þú beitir stöðugu afli.
- Undir virkni beitts afls hreyfist líkaminn í átt að verkun kraftsins.
2 Reiknaðu verkið. Til að gera þetta, margfaldaðu kraftinn og fjarlægðina (sem líkaminn hreyfði sig). Í SI er kraftur mældur í newton og fjarlægð í metrum. Ef þú notar þessar einingar verður vinnan sem mælist mæld í joules.
- Þegar vandamál eru leyst skal ákvarða stefnu beitts afls. Þegar kassanum er lyft er kraftinum beint frá botni og upp, en ef þú tekur kassann í hendurnar og gengur ákveðna vegalengd, þá muntu ekki vinna verkið - þú beitir krafti til að kassinn detti ekki, en þessi kraftur hreyfir ekki kassann.
3 Finndu líkamsþyngd þína. Það er nauðsynlegt til að reikna út kraftinn sem þarf að beita til að hreyfa líkamann. Lítum á dæmi: reiknaðu út vinnu íþróttamanns þegar hann lyftir (frá gólfi í bringu) þyngd sem vegur 10 kg.
- Ef vandamálið inniheldur óstaðlaðar mælieiningar skaltu breyta þeim í SI einingar.
4 Reiknaðu styrkinn. Kraftur = massi x hröðun. Í dæminu okkar tökum við tillit til hröðunar þyngdaraflsins, sem er jöfn 9,8 m / s. Krafturinn sem þarf að beita til að færa stöngina upp er 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Ef líkaminn hreyfist í láréttu plani skaltu hunsa hröðunina vegna þyngdaraflsins. Kannski þarf verkefnið að reikna út þann kraft sem þarf til að sigrast á núningi. Ef hröðun er gefin í vandamálinu, einfaldlega margfalda það með gefnum líkamsþyngd.
5 Mæla vegalengdina. Í dæminu okkar, segjum að stöngin sé lyft í 1,5 m hæð. (Ef óhefðbundnar mælieiningar eru gefnar í vandamálinu, breyttu þeim í SI einingar.)
6 Margfaldaðu kraftinn með fjarlægðinni. Til að lyfta þyngd sem vegur 10 kg í 1,5 m hæð mun íþróttamaðurinn framkvæma vinnu sem er 98 x 1,5 = 147 J.
7 Reiknaðu verkið þegar kraftinum er beint í horn. Fyrra dæmið var frekar einfalt: kraftáttir og hreyfingar líkamans fóru saman. En í sumum tilfellum er kraftinum beint í horn að ferðastefnu. Lítum á dæmi: reiknaðu út verkið með því að barn dregur sleða 25 m með reipi sem er 30 gráður frá láréttu. Í þessu tilfelli vinna = afl x kósínus (θ) x fjarlægð. Hornið θ er hornið á milli stefnu kraftsins og hreyfingarstefnu.
8 Finndu heildaraflinn sem beitt er. Í dæminu okkar, segjum að barnið beiti krafti sem er jafn 10 N.
- Ef vandamálið segir að kraftinum sé beint upp, eða til hægri / vinstri, eða stefna hans fellur saman við hreyfingarstefnu líkamans, þá er einfaldlega að margfalda kraftinn og fjarlægðina til að reikna verkið.
9 Reiknaðu samsvarandi kraft. Í okkar dæmi dregur aðeins brot af heildarkraftinum sleðann áfram. Þar sem reipinu er beint upp á við (í horn við lárétt) er annar hluti alls kraftsins að reyna að lyfta sleðanum. Reiknaðu því kraftinn, sem átt er við í samræmi við hreyfingarstefnu.
- Í dæminu okkar er hornið θ (milli jarðar og reipisins) 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Finndu þetta gildi með því að nota reiknivél; stilltu horneininguna í reiknivélinni á gráður.
- Margfaldaðu heildarkraftinn með cosθ. Í dæminu okkar: 10 x 0,866 = 8,66 N - þetta er kraftur sem stefnir saman við hreyfingarstefnu.
10 Margfaldaðu samsvarandi kraft með fjarlægðinni til að reikna verkið. Í dæminu okkar: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Aðferð 2 af 5: Reiknaðu orku (J) frá gefnu afli (W)

1 Kraftur og orka. Afl er mælt í wöttum (W) og lýsir hraða breytinga, breytinga, flutnings eða orkunotkunar, sem er mælt í joules (J).Til að reikna orku (J) fyrir tiltekið afl (W) þarftu að vita tímalengdina.
2 Til að reikna orku (J), margfaldaðu afl (W) með tíma (s). Tæki með afl 1 W eyðir 1 J orku á hverja sekúndu. Til dæmis skulum við reikna út orkuna sem 60 W pera eyðir í 120 sekúndur: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Þessi formúla gildir fyrir hvaða afl sem er mæld í wöttum, en er oftast notuð í verkefnum sem snúa að rafmagni.

Aðferð 3 af 5: Reikningur hreyfiorku (J)

1 Hreyfiorka er hreyfingarorka. Það er hægt að tjá það í joules (J).
- Hreyfiorka jafngildir vinnu við að flýta kyrrstöðu líkama að ákveðnum hraða. Eftir að hafa náð ákveðnum hraða, er hreyfiorka líkamans stöðug þar til honum er breytt í hita (frá núningi), hugsanlegri þyngdarorku (þegar hann hreyfist gegn þyngdaraflinu) eða annars konar orku.
2 Finndu líkamsþyngd þína. Til dæmis, reikna hreyfiorku hjóls og hjólreiðamanns. Hjólreiðamaðurinn vegur 50 kg og hjólið vegur 20 kg, sem þýðir að heildarþyngdin er 70 kg (líttu á hjólið og hjólreiðamanninn sem einn líkama, þar sem þeir munu hreyfast í sömu átt og á sama hraða).
3 Reiknaðu hraða. Ef hraði er gefinn í vandamálinu, farðu í næsta skref; annars reiknaðu það út með einni af aðferðum hér að neðan. Athugið að hraðastefnan er hverfandi hér; segjum ennfremur að hjólreiðamaðurinn sé að aka í beinni línu.
- Ef hjólreiðamaðurinn var á stöðugum hraða (engin hröðun), mældu vegalengdina (m) og deildu henni með þeim tíma (tíma) sem þarf til að ná þessari vegalengd. Þetta mun gefa þér meðalhraða.
- Ef hjólreiðamaðurinn var að hraða, og gildi hröðunar og hreyfingarstefnu breyttist ekki, þá er hraði á tilteknum tíma t reiknaður með formúlunni: hröðun x t + upphafshraði. Tíminn er mældur í sekúndum, hraði í m / s, hröðun í m / s.
4 Settu gildin inn í formúluna. Hreyfiorka = (1/2) mv, þar sem m er massi, v er hraði. Til dæmis, ef hraði hjólreiðamanns er 15 m / s, þá er hreyfiorka hans 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
- Formúlan fyrir útreikning á hreyfiorku er fengin úr skilgreiningu á verki (W = FΔs) og kvikujöfnunni (v = v₀ + 2aΔs, þar sem Δs er vegalengdin).

Aðferð 4 af 5: Reikningur hitamagn (J)

1 Finndu massa upphitaða líkamans. Til að gera þetta skaltu nota jafnvægi eða vorskala. Ef líkaminn er vökvi skaltu fyrst vega tóma ílátið (sem þú hella vökvanum í) til að finna massa hans. Eftir að vökvinn hefur verið veginn, dragðu massa tóma ílátsins frá þessu gildi til að finna massa vökvans. Til dæmis, íhugaðu vatn sem vegur 500 g.
- Til að mæla niðurstöðuna í joules þarf að mæla massann í grömmum.
2 Finndu sérstaka hita líkamans. Það er að finna í efnafræði, eðlisfræði kennslubók eða á internetinu. Sértæk hitauppstreymi vatns er 4,19 J / g.
- Sérstakur hiti er aðeins breytilegur eftir hitastigi og þrýstingi. Til dæmis, í sumum uppsprettum er sértæk hitauppstreymi vatns 4,18 J / g (þar sem mismunandi heimildir velja mismunandi gildi „viðmiðunarhitastigs“).
- Hægt er að mæla hitastig í gráðum Kelvin eða Celsíus (þar sem munurinn á hitastigunum tveimur verður sá sami), en ekki í gráðum Fahrenheit.
3 Finndu upphafshita líkamans. Ef líkaminn er fljótandi skaltu nota hitamæli.
4 Hitið líkamann og finnið lokahita hans. Þannig geturðu fundið hitamagnið sem er flutt til líkamans þegar það er hitað.
- Ef þú vilt finna heildarorkuna breytt í hita skaltu líta á upphafs líkamshita sem algert núll (0 Kelvin eða -273,15 Celsíus). Þetta á venjulega ekki við.
5 Dragðu upphafshitastig frá endahitastigi til að finna breytingu á líkamshita. Til dæmis er vatn hitað úr 15 gráðum í 35 gráður á Celsíus, það er breyting á hitastigi vatns er 20 gráður á Celsíus.
6 Margfaldaðu líkamsþyngd, sérstakan hita og breytingu á líkamshita. Formúla: H = mcΔT, þar sem ΔT er hitabreytingin. Í dæminu okkar: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Hiti er stundum mældur í kaloríum eða kílókaloríum. Hitaeiningar eru sú hita sem þarf til að hækka hitastig 1 grömm af vatni um 1 gráðu á Celsíus; kílókaloríur er sú hita sem þarf til að hækka hitastig 1 kg af vatni um 1 gráðu á Celsíus. Í dæminu hér að ofan þyrfti 10.000 hitaeiningar eða 10 kkal til að hækka hitastig 500 grömm af vatni um 20 gráður á Celsíus.

Aðferð 5 af 5: Reikningur rafmagns (J)

1 Þetta lýsir aðferð til að reikna út orkuflæði í rafrás. Hagnýtt dæmi er gefið á grundvelli þess sem hægt er að leysa líkamleg vandamál. Til að byrja með skulum við reikna kraftinn samkvæmt formúlunni P = I x R, þar sem I er núverandi styrkur (A), R er viðnám (Ohm). Þú finnur kraftinn (W) sem þú getur reiknað orkuna með (J) (sjá annan kafla).
2 Taktu viðnám. Viðnámsgildi (Ohm) viðnámsins er gefið til kynna með númeri eða litakóðuðu merki. Þú getur einnig ákvarðað viðnám viðnámsins með því að tengja það við ohmmeter eða multimeter. Tökum til dæmis 10 ohm viðnám.
3 Tengdu viðnám við núverandi uppspretta. Til að gera þetta skaltu nota krókódílaklemmur eða tilraunastand með rafrás.
4 Færðu straum í gegnum hringrásina í ákveðinn tíma. Til dæmis, gerðu þetta í 10 sekúndur.
5 Ákveðið magnstyrkinn. Til að gera þetta skaltu nota mælamælir eða margmæli. Til dæmis er straumurinn 100 mA = 0,1 A.
6 Reiknaðu kraftinn (W) með formúlunni P = I x R. Í dæminu okkar: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Margfaldaðu kraft og tíma til að finna orku (J). Í dæminu okkar: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Þar sem 1 joule er lítið gildi og máttur raftækja er tilgreindur í wöttum, milliwöttum og kílówöttum, í húsnæðis- og samfélagsgeiranum, er orka venjulega mæld í kílówattstundum. Ef 1 W = 1 J / s, þá er 1 J = 1 W ∙ s; ef 1 kW = 1 kJ / s, þá er 1 kJ = 1 kW ∙ s. Þar sem 1 klst = 3600 sek, þá er 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Ábendingar

Í SI er orka og vinna einnig mæld í ergs. 1 erg = 1 dyne (mælieining) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Viðvaranir

Joule og newton mælirinn eru mælieiningar fyrir vinnu. Joules mæla orku og vinnu þegar líkaminn hreyfist í beinni línu. Ef líkaminn snýst er mælieiningin newton-metri.