Poimenovan po britanskem fiziku Jamesu Edwardu Joulu, je džul (J) ena izmed osnovnih enot mednarodnega metričnega sistema. Joule se uporablja kot enota dela, energije in toplote ter se pogosto uporablja v znanstvenih aplikacijah. Če želite svoj odgovor v džulih, vedno uporabite standardne znanstvene enote. Britanska enota toplote (BTU) se še vedno uporablja na nekaterih področjih, vendar ne pri domačih nalogah iz fizike.
Korak
Metoda 1 od 5: Izračun dela v džulih
Korak 1. Razumeti delo v fiziki
Če potisnete škatlo skozi sobo, ste se potrudili. Če dvignete škatlo navzgor, ste se tudi potrudili. V "poslu" morata obstajati dva pomembna merila:
- Zagotavljate stabilen slog.
- Zaradi te sile se predmeti premikajo v isti smeri kot sila.
Korak 2. Razumeti definicijo podjetja
Napor je enostavno izračunati. Samo pomnožite količino sile in skupno razdaljo, ki jo je objekt prepotoval. Znanstveniki običajno izrazijo silo v Newtonih in razdaljo v metrih. Če uporabljate obe enoti, je nastala enota dela Joules.
Kadar koli preberete vprašanje o poslu, se ustavite in razmislite, kje je slog. Če dvignete škatlo, jo potisnete navzgor, tako da se škatla premakne navzgor. Torej, razdalja, ki jo preide škatla, je, kako visoko se je premaknila navzgor. Ko pa naslednjič hodite s škatlo naprej, se v tem procesu ne potrudite. Tudi če škatlo še vedno potiskate navzgor, da ne pade, se ne premika več navzgor
Korak 3. Poiščite maso premikanega predmeta
Masa predmeta je potrebna za izračun sile, potrebne za njegovo premikanje. V našem primeru predpostavimo, da ima masa bremena 10 kilogramov (kg).
Izogibajte se uporabi funtov ali drugih nestandardnih enot, sicer vaš končni odgovor ne bo v džulih
Korak 4. Izračunajte slog
Sila = masa x pospešek. V našem primeru, ko dvigujemo težo naravnost navzgor, je pospešek, ki ga izvajamo, posledica gravitacije, ki v normalnih okoliščinah predmet pospeši navzdol s hitrostjo 9,8 metra/s.2. Izračunajte silo, potrebno za premik tovora navzgor, tako da pomnožite (10 kg) x (9,8 m/s)2) = 98 kg m/s2 = 98 newtonov (N).
Če se predmet premika vodoravno, gravitacija nima učinka. Težava lahko zahteva, da izračunate silo, potrebno za upor trenja. Če vam težava pove pospešek predmeta, ko ga potisnete, lahko znani pospešek pomnožite z njegovo maso
Korak 5. Izmerite prevoženi premik
V tem primeru predpostavimo, da se tovor dvigne na višino 1,5 metra (m). Premik je treba meriti v metrih, sicer vaš končni odgovor ne bo v džulih.
Korak 6. Pomnožite silo s premikom
Če želite dvigniti težo 98 newtonov v višino 1,5 metra, morate opraviti 98 x 1,5 = 147 joulov dela.
Korak 7. Izračunajte delo pri premikanju predmeta pod določenim kotom
Naš zgornji primer je preprost: nekdo izvaja silo naprej na predmet in predmet se premika naprej. Včasih smer sile in gibanje predmeta nista enaka, ker na objekt deluje več sil. V naslednjem primeru bomo izračunali število džulov, ki jih otrok potrebuje, da vleče sani 25 metrov po ravnem snegu tako, da vrv potegne navzgor pod kotom 30 °. Za ta problem je delo = sila x kosinus (θ) x premik. Simbol je grška črka theta in opisuje kot med smerjo sile in smerjo gibanja.
Korak 8. Poiščite skupno uporabljeno silo
Za to težavo recimo, da otrok potegne vrvico s silo 10 newtonov.
Če ima sila silo v desno, silo navzgor ali silo v smeri gibanja, potem te sile že predstavljajo x kosinusni (θ) del sile in lahko preskočite naprej in nadaljujete z množenjem vrednosti
Korak 9. Izračunajte ustrezno silo
Le nekaj stilov potegne sani naprej. Ko struna kaže navzgor, jo druga sila poskuša potegniti navzgor in jo potegniti proti gravitaciji. Izračunajte silo, ki deluje v smeri gibanja:
- V našem primeru je kot med ploskim snegom in vrvjo 30 °.
- Izračunajte cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = približno 0,866. To vrednost lahko uporabite za izračun kalkulatorja, vendar pazite, da kalkulator uporablja iste enote kot vaša kotna meritev (stopinje ali radiani).
- Pomnožite skupno silo x cos (θ). V našem primeru 10 N x 0,866 = 8,66 sil v smeri gibanja.
Korak 10. Pomnožite silo x premik
Zdaj, ko poznamo silo, ki napreduje v smeri gibanja, lahko delo izračunamo kot običajno. Naš problem nam pove, da se sani premikajo 20 metrov naprej, zato izračunajte 8,66 N x 20 m = 173,2 džula dela.
Metoda 2 od 5: Izračun džulov iz vatov
Korak 1. Razumeti moč in energijo
Wat je enota moči ali stopnja porabe energije (energija, deljena s časom). Medtem ko je Joule enota energije. Če želite pretvoriti Watte v Joules, morate določiti čas. Dlje ko teče električni tok, večja je poraba energije.
Korak 2. Pomnožite Watte s sekundami, da dobite Joules
1 -vatna naprava bo porabila 1 džul energije vsako sekundo. Če pomnožite število vatov s sekundami, dobite džul. Če želite izvedeti, koliko energije žarnica 60W porabi v 120 sekundah, morate samo pomnožiti 60 vatov x 120 sekund = 7.200 Joulov.
Ta formula se lahko uporablja za katero koli moč, izraženo v vatih, vendar na splošno za električno energijo
Metoda 3 od 5: Izračun kinetične energije v džulih
Korak 1. Razumeti kinetično energijo
Kinetična energija je količina energije v obliki gibanja. Tako kot druge energetske enote lahko kinetično energijo zapišemo v džulih.
Kinetična energija je enaka količini dela, ki je potrebno za pospešitev statičnega predmeta do določene hitrosti. Ko predmet doseže to hitrost, bo objekt ohranil določeno količino kinetične energije, dokler se energija ne spremeni v toploto (zaradi trenja), gravitacijsko potencialno energijo (iz gibanja proti gravitaciji) ali druge vrste energije
Korak 2. Poiščite maso predmeta
Na primer, merimo kinetično energijo kolesa in kolesarja. Na primer, kolesar ima maso 50 kg, njegovo kolo pa 20 kg, skupna masa m 70 kg. Zdaj štejemo oba kot en predmet z maso 70 kg, ker se bosta oba gibala z enako hitrostjo.
Korak 3. Izračunajte hitrost
Če že poznate hitrost ali hitrost kolesarja, jo le zapišite in pojdite naprej. Če morate izračunati hitrost, uporabite eno od spodnjih metod. Upoštevajte, da iščemo hitrost, ne hitrost (kar je hitrost v določeni smeri), čeprav se pogosto uporablja okrajšava v. Prezrite vse zavoje, ki jih naredi kolesar, in predpostavite, da je celotna razdalja prevožena v ravni črti.
- Če se kolesar premika s konstantno hitrostjo (ne pospešuje), izmerite razdaljo, ki jo kolesar prevozi, v metrih in delite s številom sekund, ki jih potrebuje za prehod te razdalje. Ta izračun bo dal povprečno hitrost, ki je v tem primeru enaka trenutni hitrosti.
- Če kolesar doživi konstanten pospešek in ne spremeni smeri, izračunajte njegovo hitrost v času t po formuli za hitrost v času t = (pospešek) (t) + začetna hitrost. Uporabite sekundo za merjenje časa, meter/sekundo za merjenje hitrosti in m/s2 za merjenje pospeška.
Korak 4. Te številke vključite v naslednjo formulo
Kinetična energija = (1/2) m v 2. Na primer, če se kolesar premika s hitrostjo 15 m/s, je njegova kinetična energija EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 njutonmetrov = 7875 joulov.
Formulo za kinetično energijo lahko izpeljemo iz definicije dela, W = FΔs in kinematične enačbe v2 = v02 + 2aΔs. s predstavlja spremembo položaja ali prevožene razdalje.
Metoda 4 od 5: Izračun toplote v džulih
Korak 1. Poiščite maso predmeta, ki se segreva
Za merjenje uporabite tehtnico ali vzmetno tehtnico. Če je predmet tekočina, najprej izmerite prazno posodo, v kateri je tekočina, in poiščite njeno maso. Morate ga odšteti od mase posode in tekočine, da najdete maso tekočine. V tem primeru recimo, da je predmet 500 gramov vode.
Uporabite grame, ne drugih enot, sicer rezultat ne bo džul
Korak 2. Poiščite specifično toploto predmeta
Te informacije lahko najdete v referencah o kemiji, tako v knjižni obliki kot na spletu. Za vodo je specifična toplota c 4,19 joulov na gram za vsako stopinjo Celzija, ki jo segrejemo - ali 4,1855, če potrebujete natančno vrednost.
- Dejanska specifična toplota se nekoliko razlikuje glede na temperaturo in tlak. Različne organizacije in učbeniki uporabljajo različne standardne temperature, zato lahko vidite, da je specifična toplota vode navedena kot 4.179.
- Namesto Celzija lahko uporabite Kelvin, ker je temperaturna razlika pri obeh enotah enaka (ogrevanje nekaj za 3 ° C je enako ogrevanju za 3 Kelvina). Ne uporabljajte Fahrenheita, sicer rezultati ne bodo v džulih.
Korak 3. Poiščite začetno temperaturo predmeta
Če je predmet tekočina, lahko uporabite živosrebrni termometer. Za nekatere predmete boste morda potrebovali sondni termometer.
Korak 4. Predmet segrejte in ponovno izmerite temperaturo
S tem se izmeri toplotna pridobitev predmeta med segrevanjem.
Če želite izmeriti skupno količino energije, shranjene kot toplota, lahko predpostavite, da je začetna temperatura absolutna nič: 0 Kelvin ali -273,15 ° C. To ni zelo uporabno
Korak 5. Od temperature ogrevanja odštejte začetno temperaturo
To zmanjšanje bo povzročilo stopnjo spremembe temperature v objektu. Ob predpostavki, da je bila voda prej 15 stopinj Celzija in segreta na 35 stopinj Celzija, se temperatura spremeni na 20 stopinj Celzija.
Korak 6. Maso predmeta pomnožimo s specifično toploto in velikostjo spremembe temperature
Formula je zapisana Q = mc T, kjer je T sprememba temperature. V tem primeru bi bilo to 500g x 4, 19 x 20 ali 41.900 joulov.
Toplota je pogosteje zapisana v kaloričnem ali kilokaloričnem metričnem sistemu. Kalorija je opredeljena kot količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija, medtem ko je kilokalorija količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 kilograma vode za 1 stopinjo Celzija. V zgornjem primeru bo dvig temperature 500 gramov vode za 20 stopinj Celzija porabil 10.000 kalorij ali 10 kilokalorij
Metoda 5 od 5: Izračun džulov kot električne energije
Korak 1. S pomočjo spodnjih korakov izračunajte pretok energije v električnem vezju
Spodnji koraki so navedeni kot praktični primeri, vendar lahko metodo uporabite tudi za razumevanje težav s pisno fiziko. Najprej bomo izračunali moč P po formuli P = I2 x R, kjer je I tok v amperih in R upor v ohmih. Te enote proizvajajo moč v vatih, zato lahko od tukaj uporabimo formulo v prejšnjem koraku za izračun energije v džulih.
Korak 2. Izberite upor
Upori se merijo v ohmih, pri čemer so velikosti zapisane neposredno ali so predstavljene z zbirko barvnih črt. Upor upora lahko preizkusite tudi tako, da ga povežete z ohmmetrom ali multimetrom. V tem primeru predpostavljamo, da je upor 10 ohmov.
Korak 3. Upor priključite na trenutni vir
Žice lahko priključite na upor s sponko Fahnestock ali aligator ali pa upor priključite na preskusno ploščo.
Korak 4. Pretok toka skozi vezje za določen časovni interval
V tem primeru bomo uporabili interval 10 sekund.
Korak 5. Izmerite jakost toka
To naredite z ampermetrom ali multimetrom. Večina gospodinjskih tokov se meri v miliamperih ali tisočih amperov, zato predpostavljamo, da je tok 100 miliamperov ali 0,1 ampera.
Korak 6. Uporabite formulo P = I2 x R.
Če želite poiskati moč, pomnožite kvadrat toka z uporom. Posledica tega je izhodna moč v vatih. Kvadriranje 0,1 daje rezultat 0,01, pomnoženo z 10 daje izhodno moč 0,1 vata ali 100 milivatov.
Korak 7. Pomnožite moč s pretečenim časom
To množenje daje izhodno energijo v džulih. 0,1 vata x 10 sekund je enako 1 joulu električne energije.
