nemuchtorstont.ru

Bereken Joules

Die Joule (J), genoem na die Engelse fisikus James Edward Joule, is een van die belangrikste eenhede van die Internasionale metrieke stelsel. Die joule word gebruik as `n eenheid van werk, energie en hitte en word wyd in die wetenskap gebruik. As jy jou antwoord in jou wil hê, gebruik altyd die standaard wetenskaplike eenhede.

stappe

Metode 1
Berekening van arbeid in joules

1
Die definisie van arbeid. Werk word gedefinieer as `n konstante krag wat op `n voorwerp toegepas word om dit oor `n sekere afstand te beweeg. As daar nie meer as een krag toegepas word nie, kan dit bereken word as krag x afstand, en kan in eenhede geskryf word (gelyk aan een "Newton meter"). In ons eerste voorbeeld neem ons `n persoon wat `n gewig van die vloer tot by die borshoogte wil byvoeg, en ons bereken hoeveel werk die persoon gedoen het.
  • Die krag moet uitgeoefen word in die rigting van die beweging. Wanneer jy `n voorwerp hou en voorwaarts loop, word geen werk op die voorwerp gedoen nie, omdat jy nie die voorwerp in die rigting van sy beweging stoot nie.
  • 2
    Bepaal die massa van die voorwerp wat verskuif word. Die massa van `n voorwerp is nodig om te bereken watter krag nodig is om dit te beweeg. In ons voorbeeld verklaar ons dat die gewig `n massa van 10 kg het.
  • Moenie ponde of ander eenhede gebruik wat nie standaard is nie, anders sal die finale antwoord nie in joule wees nie.
  • 3
    Bereken die krag. Krag = massa x versnelling. In ons voorbeeld is die verhoging van die reg opwaarts van `n gewig versnelling wat ons probeer oorkom gelyk aan die swaartekrag, 9.8 m / s2 afwaarts gerig. Bereken die krag wat benodig word om die gewig te verhoog met (10 kg) x (9.8 m / s2) = 98 kg m / s2 = 98 Newton (N).
  • As die voorwerp horisontaal beweeg, is swaartekrag irrelevant. In plaas daarvan kan die probleem vra om die krag te bereken wat benodig word om wrywingweerstand te oorkom. As dit gegee word, is die versnelling van die voorwerp wanneer dit gestoot word, kan jy die gegewe versnelling deur die massa vermenigvuldig.
  • 4
    Meet die afstand waaroor die voorwerp beweeg. In hierdie voorbeeld verklaar ons dat die gewig 1.5 meter (m) lig. Die afstand moet in meter gemeet word, anders kan die finale antwoord nie in Joules aangeteken word nie.
  • 5
    Vermenigvuldig die krag met die afstand. Om `n gewig van 98 Newton 1,5 meter op te lig, sal jy op 98 x 1.5 = 147 Joules moet werk.
  • 6
    Bereken arbeid vir voorwerpe wat in `n hoek beweeg. Ons voorbeeld hierbo was eenvoudig: iemand het `n krag opwaarts op die voorwerp uitgeoefen, en die voorwerp het opgegaan. Soms is die rigting van die krag en die beweging van die voorwerp nie heeltemal dieselfde nie, want daar is verskeie kragte wat op die voorwerp optree. In die volgende voorbeeld sal ons bereken hoeveel Joules nodig is om `n slee van 25 meter deur die sneeu te sleep deur `n tou wat aan die slee geheg is, teen `n 30º-hoek met die horison te trek. Die volgende is van toepassing: werk = krag x cos (θ) x afstand. Die θ-simbool is die Griekse letter "theta," en verteenwoordig die hoek tussen die rigting van die krag en die rigting van beweging.
  • 7
    Bepaal die totale krag wat toegepas word. In hierdie probleem verklaar ons dat iemand die tou met `n krag van 10 Newton trek.
  • As daar reeds `n krag is "aan die regterkant," "OP" of "in die rigting van die beweging" gegee, dan "krag x cos (θ)" soos bereken, en jy kan voortgaan om die waardes te vermenigvuldig.
  • 8
    Bereken die relevante krag. Slegs `n deel van die krag trek die wa voor. Omdat die tou in `n hoek opgelig word, probeer die oorblywende krag die wa opwaarts op te lig, terwyl die swaartekrag teengewerk word. Bereken die krag in die rigting van die beweging:
  • In ons voorbeeld is die hoek θ tussen die grond en die tou 30º.
  • Bereken cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = ongeveer 0.866. Jy kan `n sakrekenaar gebruik om hierdie waarde te vind, maar maak seker dat jou sakrekenaar die korrekte eenheid gebruik as die een wat die hoek (grade of radiale) spesifiseer.
  • Vermenigvuldig die totale krag x cos (θ). In ons voorbeeld, 10N x 0.866 = 8.66 N in die rigting van die beweging.
  • 9
    Vermenigvuldig krag x afstand. Noudat ons weet hoeveel krag in die rigting van die beweging uitgeoefen word, kan ons arbeid soos gewoonlik bereken. Ons probleem vertel ons dat die slee 20 meter vorentoe gesleep is, dus bereken ons 8.66 N x 20 m = 173.2 joule arbeid.

    • Metode 2
    Berekening van kinetiese energie in joules

    1
    Verstaan ​​kinetiese energie. Kinetiese energie is die hoeveelheid energie in die vorm van beweging. Soos met enige vorm van energie, kan dit in Joules uitgedruk word.
    • Kinetiese energie is gelyk aan die hoeveelheid werk wat gedoen word om `n stilstaande voorwerp tot `n sekere spoed te versnel. Sodra daardie spoed bereik is, behou die voorwerp daardie hoeveelheid kinetiese energie tot daardie energie omskep word in hitte (deur wrywing), swaartekrag-energie (deur swaartekrag te gaan) of ander soorte energie.
  • 2
    Bepaal die massa van die voorwerp. Byvoorbeeld, ons kan die kinetiese energie van `n fiets en fietsryer meet. Veronderstel die fietsryer het `n massa van 50 kg en die fiets `n massa van 20 kg. Dit word by `n totale massa gevoeg m van 70 kg. Ons kan hulle nou as een voorwerp van 70 kg behandel, omdat hulle saam met dieselfde spoed beweeg.
  • 3
    Bereken die spoed. As jy reeds die spoed- of vektorspoed van die fietsryer ken, skryf dit neer en gaan voort. As jy dit nog moet bereken, gebruik een van die volgende metodes. Dit is die spoed, nie die vektorspoed (wat die spoed in `n sekere rigting is nie), alhoewel die afkorting dikwels die letter is v gebruik vir spoed. Ignoreer enige draaie wat die fietsryer maak en maak asof die hele afstand in `n reguit lyn gereis word.
  • As die fietsryer teen `n konstante spoed beweeg (geen versnelling), meet die afstand wat die fietsryer gereis het en verdeel dit met die aantal sekondes wat dit geneem het om daardie afstand te dek. Dit bereken die gemiddelde spoed, wat in hierdie scenario dieselfde is as die spoed op enige gegewe tydstip.
  • As die fietsryer met `n konstante versnelling beweeg en nie rigting verander nie, bereken sy spoed op die tydstip t met die formule "spoed (tyd t) = (versnelling) (t) + aanvangspoed. Die tyd is in sekondes, spoed in meter / sekonde en versnelling in m / s2.
  • 4
    Tik die volgende nommers in die volgende formule. Kinetiese energie = (1/2)m `v2. As die fietsryer byvoorbeeld teen `n spoed van 15 m / s beweeg, is sy kinetiese energie K = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/ s2 = 7875 newton meter = 7875 joules.
  • Die formule vir die kinetiese energie kan afgelei word uit die definisie van arbeid, W = FΔs, en die vergelyking v2 = v02 + 2aΔs. Δs verwys na "verplasing," of ook die afstand afgelê.

    • Metode 3
    Berekening van die joule as elektriese energie

    1
    Bereken energie deur gebruik te maak van krag x tyd. Krag word gedefinieer as die energieverbruik per eenheid van tyd, dus ons kan die energie wat deur die kragtye die tydsduur verbruik word, bereken. Dit is nuttig om krag in watt te meet, want 1 watt = 1 Joule / sekonde. Om uit te vind hoeveel energie `n 60W gloeilamp verbruik in 120 sekondes, vermenigvuldig die volgende: (60 watt) x (120 sekondes) = 7200 joules.
    • Hierdie formule kan gebruik word vir enige soort krag, gemeet in watt, maar elektrisiteit is die mees voor die hand liggend.
  • 2


    Gebruik die onderstaande stappe om die energie vloei in `n elektriese stroombaan te bereken. Die onderstaande stappe is as `n praktiese voorbeeld geskryf, maar u kan ook hierdie metode gebruik om teoretiese fisiese probleme te verstaan. Eerstens bereken ons die krag P met die formule P = I2 x R, waar ek die stroom in amperes is en R die weerstand in ohms. Hierdie eenhede gee ons die krag in watt, dus vanaf hierdie punt kan ons die formule gebruik soos in die vorige stap gebruik om die energie in joules te bereken.
  • 3
    Kies `n weerstand. Weerstande word in ohms aangedui, waar hul waarde direk op die resistor aangedui word of deur `n reeks gekleurde ringe aangedui word. U kan ook `n weerstand met `n ohmmeter of multimeter toets. In hierdie voorbeeld neem ons aan dat die weerstand wat ons gebruik 10 ohm is.
  • 4
    Koppel die weerstand aan `n kragbron (battery). Gebruik klemme hiervoor of plaas die resistor in `n toetsbaan.
  • 5
    Laat `n stroom deurloop vir `n sekere tyd. In hierdie voorbeeld neem ons 10 sekondes as `n eenheid van tyd.
  • 6
    Meet die krag van die stroom. Jy doen dit met `n vloeimeter of `n multimeter. Die meeste vorme van huishoudelike krag gaan in milliamps, dus ons aanvaar dat die stroom 100 millimeter is, of ook 0.1 ampère.
  • 7
    Gebruik die formule P = I2 x R. Om die krag nou te vind, vermeerder die krag van die krag met die weerstand. Dit gee jou die krag van hierdie kring in watt. Die vierkant van 0,1 gee 0,01. Vermenigvuldig dit met 10, en jy kry `n uitsetkrag van 0,1 watt, of 100 milliwatts.
  • 8
    Vermenigvuldig die krag met die hoeveelheid tyd. Dit bied die energie in joules. 0.1 watt x 10 sekondes is gelyk aan 1 jou elektriese energie.
  • Omdat die joule `n klein eenheid is en omdat die energieverbruik van toestelle gewoonlik aangedui word in watt, milliwatts en kilowatt, is dit dikwels meer gerieflik om die aantal kWh (kilowatt-ure) wat deur `n toestel verbruik word, te bereken. 1 watt is gelyk aan 1 joule per sekonde, of 1 joule is gelyk aan 1 wattekonde - `n kilowatt is gelyk aan 1 kilojoule per sekonde en `n kilojoule is gelyk aan 1 kilowattekond. Daar is 3600 sekondes in een uur, so 1 kilowattuur is gelyk aan 3600 kilowatt-sekondes, 3600 kilojoules of 3.600.000 joules.

    • Metode 4
    Bereken die hitte in joules

    1
    Bepaal die massa van die voorwerp waarop hitte bygevoeg word. Gebruik `n balans of skaal hiervoor. As die voorwerp `n vloeistof is, weeg eers die leë houer waar die vloeistof inkom. U moet dit van die massa van die houer en vloeistof saam aftrek om die massa van die vloeistof te vind. In hierdie voorbeeld neem ons aan dat die voorwerp 500 gram water is.
    • Gebruik gram, nie `n ander eenheid nie, anders sal die resultaat nie in Joules gegee word nie.
  • 2
    Bepaal die spesifieke hitte van die voorwerp. Hierdie inligting kan gevind word in naslaanwerke vir chemie uit die binas, maar jy kan dit ook aanlyn vind. Dit is die spesifieke hitte vir water c gelyk aan 4.19 joules per gram vir elke graad Celsius of 4.1855, as jy baie presies wil wees.
  • Spesifieke hitte wissel effens na gelang van temperatuur en druk. Verskillende organisasies en studieboeke gebruik verskillende "standaard temperature"So kan jy 4.179 vir die spesifieke hitte van water vind.
  • Jy kan ook Kelvin gebruik in plaas van Celsius, want 1 graad is dieselfde vir beide skale (die verhitting van iets met 3ºC is dieselfde as met 3 Kelvin). Moenie Fahrenheit gebruik nie, anders sal die resultaat nie in Joules gegee word nie.
  • 3
    Bepaal die huidige temperatuur van die voorwerp. As die voorwerp `n vloeistof is, kan jy `n gewone (kwik) termometer gebruik. Vir ander voorwerpe benodig jy dalk `n termometer met `n sonde.
  • 4
    Verhit die voorwerp en meet die temperatuur weer. Dit laat u toe om die hoeveelheid hitte aan `n voorwerp tydens verwarming te meet.
  • As jy die totale hoeveelheid energie wat in die vorm van hitte geberg word, wil weet, kan jy voorgee dat die aanvanklike temperatuur absoluut nul was: 0 Kelvin of -273.15ºC.
  • 5
    Teken die oorspronklike temperatuur van die temperatuur na verhitting. Hierdeur word die temperatuur van die voorwerp verander. Gestel die water was aanvanklik 15 grade Celsius en nadat die verhitting 35 grade Celsius was, is die verandering in temperatuur dus 20 grade Celsius.
  • 6
    Vermenigvuldig die massa van die voorwerp deur die spesifieke hitte en die temperatuurverandering. U skryf hierdie formule as H = mcΔT, waar ΔT die "temperatuurverandering" voorstel. In hierdie voorbeeld sal dit 500g x 4.19 x 20 = 41.900 joules wees.
  • Hitte word gewoonlik uitgedruk in kalorieë of kilokaleorieë. `N Kalorie word gedefinieer as die hoeveelheid hitte wat nodig is om 1 gram water 1 grade Celsius in temperatuur te verhoog, terwyl `n kilokalorie (of kalorie) die hoeveelheid hitte benodig word om die temperatuur van 1 kilogram water 1 grade Celsius te verhoog . In die bostaande voorbeeld vereis die verhoging van die temperatuur van 500 gram water met 20 grade Celsius 10,000 kalorieë of 10 kilokaleorieë.

    • wenke

    • Met betrekking tot die joule is nog `n eenheid van arbeid en energie, die erg-1 erg is gelyk aan 1 dyne-kragtye `n afstand van 1 cm. `N Joule is gelyk aan 10,000,000.

    waarskuwings

    • Alhoewel die terme "joule" en "newton meter" omtrent dieselfde eenheid, die "joule" gebruik in die praktyk enige vorm van energie en vir werk wat in `n reguit lyn uitgevoer word, aan te dui, soos in die bostaande voorbeeld van klim trappe. Wanneer dit gebruik word om wringkrag te bereken (krag op `n roterende voorwerp), verkies ons die term "newton meter".

    voorrade

    Berekening van arbeid of kinetiese energie:

    • Stophorlosie of `n timer
    • Weegskaal of balans
    • Sakrekenaar met `n kosinusfunksie (slegs vir arbeid, is nie altyd nodig nie)

    Berekening van elektriese energie:

    • weerstand
    • Drade of `n toetsbord
    • Multimeter (of `n ohmmeter en `n vloeimeter)
    • Vlieg- of alligator clips

    hitte:

    • Voorwerp om te hitte
    • Hittebron (soos `n Bunsen-brander)
    • Termometer (`n vloeibare termometer of termometer met `n sonde)
    • Verwysingschemie / chemie (om die spesifieke hitte van die voorwerp te verhit wat verhit word)
    Deel op sosiale netwerke:

    Verwante