Джоуль (Дж), названный в честь британского физика Джеймса Эдварда Джоуля, является одной из основных единиц международной метрической системы. Джоуль используется как единица работы, энергии и тепла и широко используется в научных приложениях. Если вы хотите получить ответ в джоулях, всегда используйте стандартные научные единицы. Фут-фунт или британская единица тепла (БТЕ) все еще используется в некоторых областях, но не в вашем домашнем задании по физике.
Шаг
Метод 1 из 5: Расчет работы в джоулях
Шаг 1. Разберитесь в работе по физике
Если вы протолкнете коробку через комнату, значит, вы приложили усилие. Если вы поднимите коробку, вы тоже приложили усилие. В «бизнесе» должны быть два важных критерия:
- Вы обеспечиваете устойчивый стиль.
- Эта сила заставляет объекты двигаться в том же направлении, что и сила.
Шаг 2. Разберитесь в определении бизнеса
Усилие легко подсчитать. Просто умножьте количество силы на общее расстояние, которое прошел объект. Обычно ученые выражают силу в Ньютонах, а расстояние - в метрах. Если вы используете обе эти единицы, результирующая единица работы - Джоули.
Каждый раз, читая вопрос о бизнесе, остановитесь и подумайте, в чем заключается его стиль. Если вы поднимаете коробку, вы толкаете ее вверх, так что коробка перемещается вверх. Итак, расстояние, на которое пролетает ящик, - это то, насколько высоко он поднялся. Однако в следующий раз, когда вы пойдете вперед с коробкой, в этом процессе не будет никаких усилий. Даже если вы все еще толкаете коробку вверх, чтобы она не упала, она больше не поднимается
Шаг 3. Найдите массу перемещаемого объекта
Масса объекта необходима для расчета силы, необходимой для его перемещения. В нашем примере предположим, что груз имеет массу 10 килограммов (кг).
Избегайте использования фунтов или других нестандартных единиц, иначе ваш окончательный ответ будет не в джоулях
Шаг 4. Рассчитываем стиль
Сила = масса x ускорение. В нашем примере, поднимая груз вертикально вверх, мы развиваем ускорение за счет силы тяжести, которая при нормальных обстоятельствах ускоряет объект вниз со скоростью 9,8 м / сек.2. Вычислите силу, необходимую для перемещения груза вверх, умножив (10 кг) на (9,8 м / с2) = 98 кг м / с2 = 98 ньютонов (Н).
Если объект перемещается горизонтально, гравитация не действует. Проблема может попросить вас рассчитать силу, необходимую для сопротивления трению. Если проблема сообщает вам об ускорении объекта при толкании, вы можете умножить известное ускорение на его массу
Шаг 5. Измерьте пройденный объем
В этом примере предположим, что груз поднимается на высоту 1,5 метра (м). Смещение должно быть измерено в метрах, иначе ваш окончательный ответ не будет в джоулях.
Шаг 6. Умножьте силу на смещение
Чтобы поднять гирю 98 ньютон на высоту 1,5 метра, вам нужно выполнить 98 x 1,5 = 147 джоулей работы.
Шаг 7. Рассчитайте проделанную работу по перемещению объекта на определенный угол
Наш пример выше прост: кто-то прикладывает силу к объекту, и объект движется вперед. Иногда направление силы и движение объекта не совпадают, потому что на объект действует несколько сил. В следующем примере мы рассчитаем количество джоулей, необходимое ребенку, чтобы вытащить сани на 25 метров по плоскому снегу, потянув веревку вверх под углом 30º. Для этой задачи работа = сила x косинус (θ) x смещение. Этот символ представляет собой греческую букву тета и описывает угол между направлением силы и направлением движения.
Шаг 8. Найдите общую приложенную силу
Для этой задачи предположим, что ребенок тянет за веревку с силой 10 ньютонов.
Если проблема вызывает силу вправо, силу, направленную вверх или силу в направлении движения, то эти силы уже учитывают часть силы, относящуюся к косинусу x (θ), и вы можете пропустить вперед и продолжить умножение значений.
Шаг 9. Рассчитайте соответствующую силу
Лишь несколько стилей продвигают сани вперед. Когда веревка направлена вверх, другая сила пытается подтянуть ее вверх, натягивая ее против силы тяжести. Рассчитайте силу, действующую в направлении движения:
- В нашем примере угол между ровным снегом и веревкой составляет 30º.
- Вычислить cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = приблизительно 0,866. Вы можете использовать калькулятор, чтобы найти это значение, но убедитесь, что ваш калькулятор использует те же единицы измерения, что и ваше измерение угла (градусы или радианы).
- Умножьте общую силу x cos (θ). В нашем примере 10 Н x 0,866 = 8,66 силы в направлении движения.
Шаг 10. Умножьте силу на смещение
Теперь, когда мы знаем силу, действующую в направлении движения, мы можем рассчитать работу как обычно. Наша задача говорит нам, что салазки продвигаются вперед на 20 метров, поэтому вычислите 8,66 Н x 20 м = 173,2 джоуля работы.
Метод 2 из 5: Вычисление джоулей в ваттах
Шаг 1. Разберитесь в силе и энергии
Ватт - это единица измерения мощности или нормы использования энергии (энергия, деленная на время). А Джоуль - это единица энергии. Чтобы преобразовать ватты в джоули, вам необходимо определить время. Чем дольше протекает электрический ток, тем больше потребляется энергии.
Шаг 2. Умножьте ватты на секунды, чтобы получить джоули
Устройство мощностью 1 Вт будет потреблять 1 Джоуль энергии каждую 1 секунду. Если вы умножите количество ватт на секунды, вы получите джоули. Чтобы узнать, сколько энергии потребляет лампа мощностью 60 Вт за 120 секунд, вам просто нужно умножить 60 Вт на 120 секунд = 7200 Джоулей.
Эта формула может использоваться для любой мощности, выраженной в ваттах, но обычно в электричестве
Метод 3 из 5: Расчет кинетической энергии в джоулях
Шаг 1. Понять кинетическую энергию
Кинетическая энергия - это количество энергии в форме движения. Как и другие единицы энергии, кинетическая энергия может быть записана в джоулях.
Кинетическая энергия равна количеству работы, выполняемой для ускорения статического объекта до определенной скорости. Как только объект достигнет этой скорости, объект будет поддерживать определенное количество кинетической энергии, пока энергия не превратится в тепло (от трения), гравитационную потенциальную энергию (от движения против силы тяжести) или другие типы энергии
Шаг 2. Найдите массу объекта
Например, мы измеряем кинетическую энергию велосипеда и велосипедиста. Например, всадник имеет массу 50 кг, а его велосипед имеет массу 20 кг, а общая масса m составляет 70 кг. Теперь мы рассматриваем эти два объекта как один объект массой 70 кг, потому что они оба будут двигаться с одинаковой скоростью.
Шаг 3. Рассчитайте скорость
Если вы уже знаете скорость велосипедиста, просто запишите ее и двигайтесь дальше. Если вам нужно рассчитать скорость, воспользуйтесь одним из следующих способов. Обратите внимание, что мы ищем скорость, а не скорость (которая является скоростью в данном направлении), хотя часто используется сокращение v. Игнорируйте любые повороты велосипедиста и считайте, что все расстояние проходит по прямой.
- Если велосипедист движется с постоянной скоростью (не ускоряется), измерьте расстояние, которое он проехал, в метрах и разделите на количество секунд, которое потребуется, чтобы преодолеть это расстояние. Этот расчет даст среднюю скорость, которая в данном случае равна мгновенной скорости.
- Если велосипедист испытывает постоянное ускорение и не меняет направления, вычислите его скорость в момент времени t, используя формулу для скорости в момент времени t = (ускорение) (t) + начальная скорость. Используйте секунду для измерения времени, метр / секунду для измерения скорости и м / с.2 измерить ускорение.
Шаг 4. Подставьте эти числа в следующую формулу
Кинетическая энергия = (1/2) м v 2. Например, если велосипедист движется со скоростью 15 м / с, его кинетическая энергия EK = (1/2) (70 кг) (15 м / с)2 = (1/2) (70 кг) (15 м / с) (15 м / с) = 7875 кгм2/ с2 = 7875 ньютон-метров = 7875 джоулей.
Формула для кинетической энергии может быть получена из определения работы W = FΔs и кинематического уравнения v2 = v02 + 2aΔs. s представляет собой изменение положения или пройденного расстояния.
Метод 4 из 5: Расчет тепла в джоулях
Шаг 1. Найдите массу нагреваемого объекта
Для измерения используйте весы или пружинные весы. Если объект представляет собой жидкость, сначала измерьте пустой контейнер, в котором находится жидкость, и определите ее массу. Вам нужно вычесть его из массы емкости и жидкости, чтобы найти массу жидкости. В этом примере предположим, что объект представляет собой 500 граммов воды.
Используйте граммы, а не другие единицы, иначе результатом не будет джоулей
Шаг 2. Найдите удельную теплоемкость объекта
Эту информацию можно найти в справочниках по химии, как в книжной форме, так и в Интернете. Для воды удельная теплоемкость c составляет 4,19 джоулей на грамм на каждый градус Цельсия, который она нагревает - или 4,1855, если вам нужно точное значение.
- Фактическая удельная теплоемкость незначительно меняется в зависимости от температуры и давления. В разных организациях и учебниках используются разные стандартные температуры, поэтому вы можете увидеть удельную теплоемкость воды, указанную как 4,179.
- Вы можете использовать градусы Кельвина вместо Цельсия, потому что разница температур одинакова для обоих устройств (нагрев на 3ºC равен нагреву на 3 градуса Кельвина). Не используйте шкалу Фаренгейта, иначе ваши результаты не будут выражены в джоулях.
Шаг 3. Найдите начальную температуру объекта
Если объект представляет собой жидкость, можно использовать ртутный термометр. Для некоторых предметов может потребоваться зонд-термометр.
Шаг 4. Нагрейте объект и снова измерьте температуру
Это позволит измерить приток тепла от объекта во время нагрева.
Если вы хотите измерить общее количество энергии, накопленной в виде тепла, вы можете предположить, что начальная температура равна абсолютному нулю: 0 Кельвина или -273,15ºC. Это не очень полезно
Шаг 5. Вычтите начальную температуру из температуры нагрева
Это уменьшение приведет к некоторому изменению температуры объекта. Если предположить, что вода была ранее 15 градусов по Цельсию и нагрета до 35 градусов по Цельсию, температура изменится до 20 градусов по Цельсию.
Шаг 6. Умножьте массу объекта на его удельную теплоемкость и величину изменения температуры
В формуле записывается Q = mc T, где T - изменение температуры. В этом примере это будет 500 г x 4, 19 x 20 или 41 900 джоулей.
Теплота чаще всего записывается в метрической системе калорий или килокалорий. Калория определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия, а килокалория - это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма воды на 1 градус Цельсия. В приведенном выше примере повышение температуры 500 граммов воды на 20 градусов по Цельсию приведет к израсходованию 10 000 калорий или 10 килокалорий
Метод 5 из 5: Вычисление джоулей как электрической энергии
Шаг 1. Используйте следующие шаги, чтобы рассчитать поток энергии в электрической цепи
Приведенные ниже шаги приведены в качестве практических примеров, но вы также можете использовать этот метод для понимания письменных физических задач. Сначала рассчитаем мощность P по формуле P = I2 x R, где I - ток в амперах, а R - сопротивление в омах. Эти единицы вырабатывают мощность в ваттах, поэтому отсюда мы можем использовать формулу из предыдущего шага для вычисления энергии в джоулях.
Шаг 2. Выбираем резистор
Резисторы измеряются в омах, их размеры указаны непосредственно или представлены набором цветных линий. Вы также можете проверить сопротивление резистора, подключив его омметром или мультиметром. В этом примере мы предполагаем, что сопротивление резистора составляет 10 Ом.
Шаг 3. Подключите резистор к источнику тока
Вы можете подключить провода к резистору с помощью зажима Фенстока или крокодила или подключить резистор к тестовой плате.
Шаг 4. Пропустите ток через цепь в течение определенного промежутка времени
В этом примере мы будем использовать интервал в 10 секунд.
Шаг 5. Измерьте силу тока
Сделайте это с помощью амперметра или мультиметра. Большинство бытовых токов измеряются в миллиамперах или тысячах ампер, поэтому мы предполагаем, что ток составляет 100 миллиампер или 0,1 ампера.
Шаг 6. Используйте формулу P = I2 х Р.
Чтобы найти мощность, умножьте квадрат тока на сопротивление. Это дает выходную мощность в ваттах. Возведение в квадрат 0,1 дает 0,01, умножение на 10 дает выходную мощность 0,1 Вт или 100 милливатт.
Шаг 7. Умножьте мощность на прошедшее время
Это умножение дает выход энергии в джоулях. 0,1 ватт x 10 секунд равняется 1 джоуля электрической энергии.
