Кръстен на британския физик Джеймс Едуард Джоул, джаулът (J) е една от основните единици на международната метрична система. Джоулът се използва като единица работа, енергия и топлина и се използва широко в научните приложения. Ако искате отговора си в джаули, винаги използвайте стандартни научни единици. Фунтът или британска единица топлина (BTU) все още се използва в някои области, но не и в домашните ви по физика.
Стъпка
Метод 1 от 5: Изчисляване на работата в джаули
Стъпка 1. Разберете работата във физиката
Ако прокарате кутия през стая, сте положили усилия. Ако повдигнете кутията нагоре, вие също сте положили усилия. Има два важни критерия, които трябва да съществуват в „бизнеса“:
- Осигурявате стабилен стил.
- Тази сила кара обектите да се движат в същата посока като силата.
Стъпка 2. Разберете дефиницията на бизнеса
Усилията се изчисляват лесно. Просто умножете количеството сила и общото разстояние, което обектът е изминал. Обикновено учените изразяват сила в Нютони и разстояние в метри. Ако използвате и двете единици, получената единица работа е Джоул.
Винаги, когато четете въпрос за бизнеса, спрете и помислете къде е стилът. Ако повдигнете кутията, я бутате нагоре, така че кутията да се движи нагоре. И така, разстоянието, което кутията изминава, е колко високо се е изместило нагоре. Следващият път, когато вървите напред с кутията, в този процес не се полагат усилия. Дори ако все още бутате кутията нагоре, за да не падне, тя вече не се движи нагоре
Стъпка 3. Намерете масата на обекта, който се измества
Масата на обекта е необходима за изчисляване на силата, необходима за преместването му. В нашия пример да предположим, че товарът има маса от 10 килограма (кг).
Избягвайте да използвате лири или други нестандартни единици, или вашият окончателен отговор няма да бъде в джаули
Стъпка 4. Изчислете стила
Сила = маса х ускорение. В нашия пример, повдигайки тежестта направо нагоре, ускорението, което упражняваме, се дължи на гравитацията, която при нормални обстоятелства ускорява обекта надолу с 9,8 метра/сек.2. Изчислете силата, необходима за преместване на товара нагоре, като умножите (10 kg) x (9,8 m/s)2) = 98 кг м/сек2 = 98 нютона (N).
Ако обектът се премести хоризонтално, гравитацията няма ефект. Проблемът може да поиска да изчислите необходимата сила, за да устоите на триенето. Ако проблемът ви казва ускорението на обект при натискането му, можете да умножите познатото ускорение по неговата маса
Стъпка 5. Измерете изминатото изместване
За този пример, да предположим, че товарът е повдигнат на височина 1,5 метра (m). Преместването трябва да се измерва в метри, в противен случай окончателният ви отговор няма да бъде в джаули.
Стъпка 6. Умножете силата с изместването
За да вдигнете тегло от 98 нютона на височина 1,5 метра, трябва да извършите работа 98 х 1,5 = 147 джаула.
Стъпка 7. Изчислете извършената работа за преместване на обекта под определен ъгъл
Примерът ни по -горе е прост: някой упражнява сила напред върху обект и той се движи напред. Понякога посоката на силата и движението на обекта не са еднакви, защото върху обекта действат няколко сили. В следващия пример ще изчислим броя джаули, необходими на детето да издърпа шейна 25 метра през плосък сняг, като издърпа въжето нагоре под ъгъл 30º. За този проблем работата = сила x косинус (θ) x изместване. Символът е гръцката буква тета и описва ъгъла между посоката на силата и посоката на движение.
Стъпка 8. Намерете общата приложена сила
За този проблем, да предположим, че дете дърпа струна със сила от 10 нютона.
Ако проблемът упражнява сила вдясно, сила нагоре или сила в посока на движение, тогава тези сили вече отчитат x косинуса (θ) част от силата и можете да пропуснете напред и да продължите да умножавате стойностите
Стъпка 9. Изчислете съответната сила
Само няколко стила издърпват шейната напред. Докато струната е насочена нагоре, друга сила се опитва да я издърпа нагоре, като я дърпа срещу гравитацията. Изчислете силата, приложена в посоката на движение:
- В нашия пример ъгълът между плоския сняг и въжето е 30º.
- Изчислете cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = приблизително 0,866. Можете да използвате калкулатор, за да намерите тази стойност, но се уверете, че вашият калкулатор използва същите единици като вашето измерване на ъгъл (градуси или радиани).
- Умножете общата сила x cos (θ). В нашия пример 10 N x 0,866 = 8,66 сили в посоката на движение.
Стъпка 10. Умножете силата x изместване
Сега, когато знаем силата, която напредва в посоката на движение, можем да изчислим работата както обикновено. Нашият проблем ни казва, че шейната се движи напред с 20 метра, така че изчислете 8,66 N x 20 m = 173,2 джаула работа.
Метод 2 от 5: Изчисляване на джаули от Ватове
Стъпка 1. Разберете мощността и енергията
Ват е единица мощност или скорост на използване на енергия (енергия, разделена на времето). Докато джаулът е единица енергия. За да конвертирате ватове в джаули, трябва да определите часа. Колкото по -дълъг е електрическият ток, толкова по -голяма е използваната енергия.
Стъпка 2. Умножете ватовете по секунди, за да получите джаули
Устройството от 1 ват ще консумира 1 джаул енергия на всеки 1 секунда. Ако умножите броя ватове по секунди, ще получите джаули. За да разберете колко енергия консумира 60W лампа за 120 секунди, просто трябва да умножите 60 вата х 120 секунди = 7200 джаула.
Тази формула може да се използва за всяка мощност, изразена във ватове, но обикновено в електричество
Метод 3 от 5: Изчисляване на кинетичната енергия в джаули
Стъпка 1. Разберете кинетичната енергия
Кинетичната енергия е количеството енергия под формата на движение. Подобно на други енергийни единици, кинетичната енергия може да бъде записана в джаули.
Кинетичната енергия е равна на количеството работа, извършена за ускоряване на статичен обект до определена скорост. След като обектът достигне тази скорост, той ще поддържа определено количество кинетична енергия, докато енергията се превърне в топлина (от триене), гравитационна потенциална енергия (от движение срещу гравитацията) или други видове енергия
Стъпка 2. Намерете масата на обекта
Например, измерваме кинетичната енергия на велосипед и колоездач. Например, ездачът има маса от 50 кг, а велосипедът му има маса от 20 кг, за обща маса m от 70 кг. Сега разглеждаме двете като един обект с маса 70 кг, защото и двамата ще се движат със същата скорост.
Стъпка 3. Изчислете скоростта
Ако вече знаете скоростта или скоростта на колоездача, просто я запишете и продължете. Ако трябва да изчислите скоростта, използвайте един от методите по -долу. Имайте предвид, че търсим скорост, а не скорост (която е скорост в дадена посока), въпреки че често се използва съкращението v. Игнорирайте всички завои, които колоездачът прави, и приемете, че цялото разстояние е изминато по права линия.
- Ако колоездачът се движи с постоянна скорост (не ускорява), измерете разстоянието, което колоездачът изминава в метри, и го разделете на броя секунди, които ще са необходими за изминаване на това разстояние. Това изчисление ще даде средната скорост, която в този случай е равна на моментната скорост.
- Ако колоездачът изпитва постоянно ускорение и не променя посоката, изчислете скоростта му в момент t, като използвате формулата за скорост в момент t = (ускорение) (t) + начална скорост. Използвайте секунда за измерване на времето, метър/секунда за измерване на скоростта и m/s2 за измерване на ускорението.
Стъпка 4. Включете тези числа в следната формула
Кинетична енергия = (1/2) m v 2. Например, ако колоездач се движи със скорост 15 m/s, неговата кинетична енергия EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 кг) (15 м/сек) (15 м/сек) = 7875 кгм2/с2 = 7875 нютон метра = 7875 джаула.
Формулата за кинетична енергия може да бъде извлечена от определението за работа, W = FΔs и от кинематичното уравнение v2 = v02 + 2aΔs. s представлява промяна в позицията или изминатото разстояние.
Метод 4 от 5: Изчисляване на топлината в джаули
Стъпка 1. Намерете масата на обекта, който се нагрява
Използвайте везна или пружинен баланс, за да го измерите. Ако обектът е течност, първо измерете празния съд, в който е течността, и намерете неговата маса. Трябва да го извадите от масата на контейнера плюс течността, за да намерите масата на течността. За този пример, да кажем, че обектът е 500 грама вода.
Използвайте грамове, а не други единици, или резултатът няма да бъде джаули
Стъпка 2. Намерете специфичната топлина на обекта
Тази информация може да бъде намерена в справките по химия, както под формата на книга, така и онлайн. За водата специфичната топлина на c е 4,19 джаула на грам за всеки градус по Целзий, който се нагрява - или 4,1855, ако имате нужда от точната стойност.
- Действителната специфична топлина варира леко в зависимост от температурата и налягането. Различните организации и учебници използват различни стандартни температури, така че може да видите специфичната топлина на водата, посочена като 4.179.
- Можете да използвате Келвин вместо Целзий, тъй като температурната разлика е еднаква и за двата блока (загряването на нещо с 3ºC е равно на нагряване с 3 Келвина). Не използвайте Фаренхайт, или резултатите ви няма да бъдат в джаули.
Стъпка 3. Намерете началната температура на обекта
Ако обектът е течност, можете да използвате живачен термометър. За някои артикули може да се нуждаете от термометър за сонда.
Стъпка 4. Загрейте обекта и измерете отново температурата
Това ще измерва топлинната печалба на обекта по време на нагряване.
Ако искате да измерите общото количество енергия, съхранено като топлина, можете да приемете, че началната температура е абсолютна нула: 0 Kelvin или -273.15ºC. Това не е много полезно
Стъпка 5. Извадете началната температура от температурата на нагряване
Това намаляване ще доведе до степен на температурни промени в обекта. Ако приемем, че водата преди това е била 15 градуса по Целзий и е загрята до 35 градуса по Целзий, температурата се променя до 20 градуса по Целзий.
Стъпка 6. Умножете масата на обекта с неговата специфична топлина и с големината на промяната на температурата
Формулата е записана Q = mc T, където T е промяната в температурата. За този пример това би било 500 g x 4, 19 x 20 или 41 900 джаула.
Топлината по -често се записва в метричната система за калории или килокалории. Калорията се определя като количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий, докато килокалория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 килограм вода с 1 градус по Целзий. В горния пример, повишаването на температурата на 500 грама вода с 20 градуса по Целзий ще изразходва 10 000 калории или 10 килокалории
Метод 5 от 5: Изчисляване на джаули като електрическа енергия
Стъпка 1. Използвайте стъпките по -долу, за да изчислите потока на енергия в електрическа верига
Стъпките по -долу са изброени като практически примери, но можете също да използвате метода, за да разберете писмените физически проблеми. Първо, ще изчислим мощността P, използвайки формулата P = I2 x R, където I е токът в ампери и R е съпротивлението в ома. Тези единици произвеждат мощност във ватове, така че от тук можем да използваме формулата в предишната стъпка за изчисляване на енергията в джаули.
Стъпка 2. Изберете резистор
Резисторите се измерват в ома, като размерите са написани директно или представени от колекция от цветни линии. Можете също да тествате съпротивлението на резистор, като го свържете с омметър или мултицет. За този пример приемаме, че резисторът е 10 ома.
Стъпка 3. Свържете резистора към източника на ток
Можете да свържете проводниците към резистора с щипка Fahnestock или алигатор, или можете да включите резистора в тестова платка.
Стъпка 4. Протича ток през веригата за определен интервал от време
За този пример ще използваме интервал от 10 секунди.
Стъпка 5. Измерете силата на тока
Направете това с амперметър или мултицет. Повечето домакински токове се измерват в милиампери или хиляди ампера, така че приемаме, че токът е 100 милиампера или 0,1 ампера.
Стъпка 6. Използвайте формулата P = I2 x R.
За да намерите мощността, умножете квадрата на тока по съпротивлението. Това води до изходна мощност във ватове. Квадратирането 0,1 дава резултат от 0,01, умножено по 10 дава изходна мощност от 0,1 вата или 100 миливата.
Стъпка 7. Умножете мощността по изминалото време
Това умножение дава изходната енергия в джаули. 0,1 вата х 10 секунди е равно на 1 джаул електрическа енергия.
