Arvutage džaulid

Sisu

Astuda
1. meetod 4st: töö arvutamine džaulides
2. meetod 4-st: kineetilise energia arvutamine džaulides
3. meetod 4-st: Joule arvutamine elektrienergiana
4. meetod 4-st: soojuse arvutamine džaulides
Näpunäited
Hoiatused
Vajadused

Inglise füüsiku James Edward Joule'i järgi nimetatud džaul (J) on rahvusvahelise mõõtesüsteemi üks olulisemaid üksusi. Džoule kasutatakse töö, energia ja soojuse ühikuna ning seda kasutatakse teaduses laialdaselt. Kui soovite, et teie vastus oleks džaulides, kasutage alati standardseid teadusühikuid.

Astuda

1. meetod 4st: töö arvutamine džaulides

Tööjõu määratlus. Töö on defineeritud kui objektile rakendatav pidev jõud, mis viib selle teatud kaugusele. Kui rakendatakse mitte rohkem kui ühte jõudu, saab selle arvutada järgmiselt võim X kaugus, ja seda saab kirjutada džaulides (vastab "Newtoni meetrile"). Esimeses näites võtame inimese, kes soovib lisada raskust põrandalt rinna kõrgusele, ja arvutame välja, kui palju tööd see inimene on teinud.
- Jõudu tuleb rakendada liikumise suunas. Esemest kinni hoides ja ettepoole kõndides objekti kallal tööd ei tehta, sest te ei lükka objekti selle liikumise suunas.
Määrake liigutatava objekti mass. Objekti massi on vaja selle liigutamiseks vajaliku jõu arvutamiseks. Meie näites väidame, et kaalu mass on 10 kg.
- Ärge kasutage naela ega muid ühikuid, mis pole standardsed, vastasel juhul ei anta lõplikku vastust džaulides.
Arvutage jõud. Jõud = mass x kiirendus. Meie näites on raskuse tõstmine otse ülespoole, kiirendus, mida püüame ületada, võrdub raskusjõuga, 9,8 m / s allapoole. Arvutage raskuse tõstmiseks vajalik jõud, kasutades (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 njuutonit (N).
- Kui objekti liigutatakse horisontaalselt, siis gravitatsioonil pole tähtsust. Selle asemel võib probleem paluda teil arvutada jõud, mis on vajalik hõõrdetakistuse ületamiseks. Kui on antud objekti kiirendus, kui seda lükatakse, saate korrutada antud kiirenduse massiga.
Mõõda kaugus, mida objekt liigub. Selles näites eeldame, et raskust tõstetakse 1,5 meetrit (m). Vahemaa tuleb mõõta meetrites, vastasel juhul ei saa lõplikku vastust joulesse salvestada.
Korrutage jõud kaugusega. 98 Newtoni 1,5 meetri raskuse tõstmiseks peate tegema 98 x 1,5 = 147 džauli tööd.
Arvutage nurga all liikuvate objektide tööjõud. Meie ülaltoodud näide oli lihtne: keegi rakendas objektile ülespoole suunatud jõudu ja objekt tõusis ülespoole. Mõnikord pole jõu suund ja eseme liikumine päris ühesugused, sest objektile mõjuvad mitu jõudu. Järgmises näites arvutame välja, kui mitu džauli kulub kelgu 25 meetri läbimiseks läbi lume, tõmmates kelgu külge kinnitatud trossi horisontaalse nurga all 30º. Järgmine kehtib: töö = jõud x cos (θ) x kaugus. "Sümbol" on kreeka täht "teeta" ja tähistab nurka jõu suuna ja liikumissuuna vahel.
Määrake kogu rakendatud jõud. Selles probleemis ütleme, et keegi tõmbab köit 10 njuutoniga.
- Kui jõud "paremale", "üles" või "liikumissuunas" on juba antud, on "jõud x cos (") "arvutatud ja võite jätkata väärtuste korrutamist.
Arvutage vastav jõud. Ainult osa jõust tõmbab vankrit edasi. Kuna köis on nurga all ülespoole, püüab järelejäänud jõud tõsta raskust raskust tõstes. Arvutage jõud liikumise suunas:
- Meie näites on nurk θ maapinna ja köie vahel 30º.
- Arvutage cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = umbes 0,866. Selle väärtuse leidmiseks võite kasutada kalkulaatorit, kuid veenduge, et teie kalkulaator kasutab õiget ühikut, nagu nurk on määratud (kraadides või radiaanides).
- Korrutage kogu jõud x cos (θ). Meie näites 10N x 0,866 = 8,66 N liikumissuunas.
Korruta jõud x kaugus. Nüüd, kui me teame, kui palju jõudu rakendatakse liikumise suunas, saame töö arvutada nagu tavaliselt. Meie probleem ütleb meile, et vedu on pukseeritud 20 meetrit ettepoole, seega arvutame 8,66 N x 20 m = 173,2 džauli tööd.

2. meetod 4-st: kineetilise energia arvutamine džaulides

Mõistke kineetilist energiat. Kineetiline energia on energia hulk liikumise kujul. Nagu iga energiavormi puhul, saab seda väljendada džaulides.
- Kineetiline energia on võrdne tööga, mis on tehtud statsionaarse objekti kiirendamiseks teatud kiirusele. Kui see kiirus on saavutatud, säilitab objekt selle kineetilise energia koguse, kuni see energia muundatakse soojuseks (hõõrdumise teel), gravitatsioonienergiaks (minnes raskusjõu vastu) või muud tüüpi energiaks.
Määrake eseme mass. Näiteks saame mõõta jalgratta ja jalgratturi kineetilist energiat. Oletame, et jalgratturi mass on 50 kg ja jalgratta mass 20 kg. See moodustab kogu massi m 70 kg. Nüüd võime neid koos käsitleda kui ühte 70 kg raskust objekti, sest nad liiguvad koos sama kiirusega.
Arvutage kiirus. Kui teate juba jalgratturi kiirust või vektorkiirust, siis kirjutage see üles ja minge edasi. Kui peate selle ikkagi arvutama, kasutage ühte allpool toodud meetoditest. See puudutab kiirust, mitte vektorkiirust (mis on kiirus teatud suunas), kuigi täht on sageli v kasutatakse kiiruse jaoks. Eirake jalgratturi pöördeid ja teesklege, et kogu distants on sirgjooneline.
- Kui jalgrattur liigub püsikiirusel (kiirendust pole), mõõtke jalgratturi läbitud vahemaa ja jagage selle vahemaa läbimiseks kulunud sekundite arv. See arvutab keskmise kiiruse, mis on antud stsenaariumi korral sama mis iga hetk.
- Kui jalgrattur liigub pideva kiirendusega ja ei muuda suunda, arvutage tema hetkekiirus t valemiga ’kiirus (aeg t) = (kiirendus) (t) + algkiirus. Aeg on sekundites, kiirus meetrites sekundis ja kiirendus m / s.
Sisestage järgmisse valemis järgmised numbrid. Kineetiline energia = (1/2)m "v. Näiteks kui jalgrattur liigub kiirusega 15 m / s, on tema kineetiline energia K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 njuutonmeetrit = 7875 džauli.
- Kineetilise energia valemi võib tuletada töö määratlusest, W = FΔs ja võrrandist v = v₀ + 2aΔs. Δs tähistab "nihet" või ka läbitud vahemaad.

3. meetod 4-st: Joule arvutamine elektrienergiana

Energia arvutamiseks kasutage võimsust x aega. Võimsust määratletakse kui ajaühikus tarbitud energiat, nii et tarbitud energia saame arvutada võimsuse ja ajaühiku korrutamise järgi. See on kasulik võimsuse mõõtmisel vattides, sest 1 vatt = 1 džaul / sekundis. Et teada saada, kui palju energiat 60W hõõglamp 120 sekundi jooksul kasutab, korrutage järgmine: (60 vatti) x (120 sekundit) = 7200 džauli.
- Seda valemit saab kasutada mis tahes võimsuse jaoks, mõõdetuna vattides, kuid kõige ilmsem on elekter.
Elektriahela energiavoo arvutamiseks järgige alltoodud samme. Allpool toodud sammud on toodud praktilise näitena, kuid te saate seda meetodit kasutada ka teoreetiliste füüsikaprobleemide mõistmiseks. Esiteks arvutame võimsuse P, kasutades valemit P = I x R, kus I on vool amprites ja R on takistus oomides. Need ühikud annavad meile võimsuse vattides, nii et sellest hetkest alates saame energia arvutamiseks džaulides rakendada eelmises etapis kasutatud valemit.
Valige takisti. Takistid on näidatud oomides, nende väärtus on näidatud otse takistil või värviliste rõngaste seeria. Takistust saate testida ka oommeetri või multimeetriga. Selles näites eeldame, et kasutatav takistus on 10 oomi.
Ühendage takisti energiaallikaga (aku). Selleks kasutage klambreid või asetage takisti testimisahelasse.
Lase voolul sellest teatud aja jooksul läbi voolata. Selles näites võtame ajaühikuks 10 sekundit.
Mõõtke voolu tugevust. Teete seda voolumõõturi või multimeetriga. Enamik leibkonna voolu on milliamprites, seega eeldame, et vool on 100 milliamprit ehk 0,1 amprit.
Kasutage valemit P = I x R. Nüüd võimsuse leidmiseks korrutate voolu ruutvõimsuse takistusega. See annab teile selle vooluahela võimsuse vattides. Ruut 0,1 annab 0,01. Korrutage see kümnega ja saate väljundvõimsuseks 0,1 vatti ehk 100 millivatti.
Korrutage võimsus kulunud ajaga. See annab energiat džaulides. 0,1 vatti x 10 sekundit võrdub 1 joulega elektrienergiat.
- Kuna Joule on väike ühik ja kuna seadmete energiatarbimine on tavaliselt näidatud vattides, millivattides ja kilovattides, on sageli mugavam arvutada seadme tarbitud kWh (kilovatt-tundide) arv. 1 vatt võrdub 1 džauli sekundis või 1 džaul võrdub 1 vatt sekundiga; üks kilovatt on võrdne 1 kilodžauliga sekundis ja üks kilodžaul võrdub 1 kilovatt sekundiga. Tunnis on 3600 sekundit, seega võrdub 1 kilovatt-tund 3600 kilovatt-sekundiga, 3600 kilodžauli või 3 600 000 džauliga.

4. meetod 4-st: soojuse arvutamine džaulides

Määrake eseme mass, millele lisatakse soojust. Selleks kasutage kaalu või kaalusid. Kui ese on vedelik, kaaluge kõigepealt tühja anumat, kuhu vedelik läheb. Vedeliku massi leidmiseks peate selle lahutama mahuti ja vedeliku massist. Selles näites eeldame, et objektiks on 500 grammi vett.
- Kasutage gramme, mitte mõnda muud ühikut, vastasel juhul ei anta tulemust džaulides.
Määrake objekti erisoojus. Selle teabe leiate binas keemia teatmeteostest, kuid leiate ka veebis. See on vee erisoojus c võrdub 4,19 džauli grammi kohta igal Celsiuse kraadil - või 4,1855, kui soovite olla väga täpne.
- Spetsiifiline kuumus varieerub veidi sõltuvalt temperatuurist ja rõhust. Erinevad organisatsioonid ja õpikud kasutavad erinevaid "standardtemperatuure", nii et vee erisoojuse kohta võite leida kuni 4179.
- Celsiuse asemel võite kasutada ka kelvinit, sest 1 kraad on mõlema roa jaoks sama (millegi soojendamine temperatuuril 3ºC on sama mis 3 kelviniga). Ärge kasutage Fahrenheiti, vastasel juhul ei anta tulemust džaulides.
Määrake objekti praegune temperatuur. Kui ese on vedelik, võite kasutada tavalist (elavhõbeda) termomeetrit. Muude objektide jaoks võib vaja minna sondiga termomeetrit.
Kuumutage eset ja mõõtke uuesti temperatuuri. See võimaldab teil mõõta soojuse hulka, mis on objektile kuumutamise ajal lisatud.
- Kui soovite teada kogu soojuse kujul salvestatud energiahulka, võite teeselda, et algtemperatuur oli absoluutne null: 0 kelvinit või -273,15ºC.
Lahutage pärast kuumutamist algtemperatuur. See annab tulemuseks objekti temperatuuri muutuse. Eeldades, et vesi oli algselt 15 kraadi ja pärast kuumutamist 35 kraadi, on temperatuuri muutus seega 20 kraadi.
Korrutage objekti mass erisoojuse ja temperatuuri muutusega. Kirjutate selle valemi kujul H =mcΔT., kus ΔT tähistab "temperatuuri muutust". Selles näites saab sellest 500 g x 4,19 x 20 = 41 900 džauli.
- Kuumust väljendatakse tavaliselt kalorite või kilokaloritena. Kalorit määratletakse kui soojushulka, mis on vajalik 1 grammi vee temperatuuri tõusuks 1 Celsiuse kraadi võrra, samas kui kilokalor (või Kalor) on soojuskogus, mis on vajalik 1 kilogrammi vee temperatuuri tõstmiseks 1 Celsiuse kraadi võrra ... Ülaltoodud näites nõuab 500 grammi vee temperatuuri tõstmine 20 kraadi võrra 10 000 kalorit või 10 kilokalorit.

Näpunäited

Džauliga on seotud veel üks töö- ja energiaühik, mida nimetatakse erguks; 1 erg võrdub 1 dyne jõu ja 1 cm kaugusega. Üks džaul on võrdne 10 000 000 erg-ga.

Hoiatused

Ehkki mõisted "joule" ja "njuutonimeeter" viitavad samale ühikule, kasutatakse praktikas "joule" mis tahes energiavormi tähistamiseks ja sirgjooneliselt tehtud tööde jaoks, nagu ülaltoodud trepist ronimise näites. Pöördemomendi (pöörleva objekti jõud) arvutamiseks eelistame mõistet "Newton meter".