Sådan beregnes Joules

Navngivet efter den engelske fysiker James Edward Joule er Joule (J) en af de grundlæggende enheder i det internationale metriske system. Joule bruges som en enhed for arbejde, energi og varme, ud over at blive udbredt i videnskabelige applikationer. For at få et svar i joules skal du altid bruge standard videnskabelige enheder. "Foot-pound" eller "English thermal unit" bruges stadig i nogle felter, men vises ikke i din fysiske hjemmearbejde.

indhold

Trin

Metode 1beregning af arbejde i joules

Video: homo smartus i homo stresus – fibaro odkrywa nowe gatunki
Video: forsøgsbeskrivelse til beregning af specifik varmekapacitet for metalklods

Metode 2beregning af kinetisk energi i joules

Video: arkimedes lov - instruktion i at beregne opdrift i væsker

Metode 3beregning af joules som elektrisk kraft
Metode 4beregning af varme i joules

Video: beregninger med ohms lov
Tips
Advarsler
Nødvendige materialer

trin

Metode 1
Beregning af arbejde i joules

Forstå definitionen af arbejde. Arbejde defineres som anvendelsen af konstant kraft til at bevæge et objekt med en bestemt afstand. Hvis kun én kraft udøves, kan den beregnes som styrke x afstand og udtrykke det i enheder af joules (svarende til en "newton-meter"). Som et første eksempel vil vi bruge en person til at løfte en vægt fra jorden til brystets højde, og vi vil beregne mængden af arbejde, som personen udøver på vægten.

Kraften skal påføres i bevægelsesretningen. Hvis du holder en genstand og går fremad, behøver du ingen kraft på objektet, da du ikke skubber genstanden i bevægelsesretningen.

Find massen af objektet, der flyttes. Massen af en genstand er uundværlig for at beregne den kraft, der kræves for at bevæge den. I vores eksempel, lad os sige, at vægten har en masse på 10 kg (kg).

Undgå at bruge pund eller andre ikke-standardiserede enheder, ellers vil det endelige svar ikke være i joules.

Video: Homo Smartus i Homo Stresus – FIBARO odkrywa nowe gatunki

Beregn kraften. Force = masse x acceleration. I vores eksempel, for at øge vægten, er accelerationen som vi modsætter sig på grund af tyngdekraften, som under normale forhold accelererer objekter ned til hastigheden 9,8 meter / sekund². Beregn den kraft, der kræves for at flytte vores vægt op ved at gange (10 kg) x (9,8 m / s²) = 98 kg m / s² = 98 newtons (N).

Hvis objektet flyttes vandret, er tyngdekraften irrelevant. Problemet kan bede dig om at beregne den kraft, der er nødvendig for at overvinde friktionen. Hvis problemet informerer accelerationen af objektet, når det skubbes, kan du multiplicere accelerationen af massen.

Video: Forsøgsbeskrivelse til beregning af specifik varmekapacitet for metalklods

Mål afstanden med hvilken objektet flyttes. Lad os f.eks. Sige, at vægten bliver rejst med 1,5 meter (m). Afstanden skal måles i meter, eller det endelige svar vil ikke blive udtrykt i joules.

Multiplicér kraften ved afstanden. At løfte en vægt på 98 Newtons med 1,5 meter, skal du udøve 98 x 1,5 = 147 joules arbejde.

Beregn arbejdet med objekter flyttet i en vinkel. Vores eksempel ovenfor var enkelt: nogen udøvede en kraft på objektet og objektet flyttede op. Sommetider er retningen af kraft og bevægelsen af objektet ikke ens, på grund af de forskellige kræfter, der virker på objektet. I det næste eksempel beregner vi den mængde joules der kræves for en dreng til at trække en slæde med 25 meter glat overflade ved at trække den med et reb i en vinkel på 30 ° opad. I dette scenario arbejder = tvinge x cosine (θ) x afstand. Symbolet θ er det græske bogstav "theta" og beskriver vinklen mellem kraftens retning og bevægelsesretningen.

Find ud af den fulde kraft, der anvendes. I dette problem, lad os sige, at drengen trækker rebet med en kraft på 10 newtons.

Hvis problemet give "hårdt til højre," den "power up" eller "styrke i retning af bevægelse" det betyder, at en del af problemet "kraft x cos (θ)" er blevet beregnet, og du kan bruge til multiplikation af værdier

Beregn den relevante kraft. Kun en del af kraften skubber slæden fremad. Da tovet er vinklet opad, skubber resten af kraften slæden op mod tyngdekraften. Beregn den kraft, der påføres i bevægelsesretningen:

I eksemplet er vinklen θ mellem glat sne og reb 30 °.
Beregn cos (θ) X cos (30 °) = (√3) / 2 = ca. 0.866. Du kan bruge en regnemaskine til at finde ud af denne værdi, men sørg for, at regnemaskinen er indstillet til samme enhed som vinkelmåling (grader eller radianer).
Multiplicer den samlede kraft x cos (θ). I eksemplet er 10 N x 0,866 = 8,66 N kraft i bevægelsesretningen.

Multiply styrke x afstand. Nu hvor vi ved, hvor meget kraft der faktisk anvendes i bevægelsesretningen, kan vi beregne arbejdet som vi altid gør. Vores problem informerer om, at slæden flyttede 20 meter fremad, så beregne 8,66 N x 20 m = 173,2 joules arbejde.

Metode 2
Beregning af kinetisk energi i joules

Forstå hvad kinetisk energi er. Kinetisk energi er mængden af energi i form af bevægelse. Som enhver enhed af energi kan den udtrykkes i enheder af joules.

Kinetisk energi svarer til mængden af arbejde udført for at accelerere et objekt stoppet med en given hastighed. Når objektet har nået denne hastighed, vil det beholde mængden af kinetisk energi, indtil den omdannes til varme (friktion), tyngdekraftpotentiel energi (af bevægelse mod tyngdekraften) eller andre typer energi.

Opdag massen af objektet. For eksempel kan vi måle den kinetiske energi af en cykel og en cyklist. Lad os sige, at cyklisten har en masse på 50 kg, og cyklen har en masse på 20 kg, hvilket gør en total masse m på 70 kg. Vi kan behandle dem som et 70 kg objekt, da de vil flytte sammen i samme hastighed.

Beregn hastigheden. Hvis du allerede kender rytterens hastighed eller hastighed, skal du bare skrive den ned og fortsætte. Hvis du skal beregne det, skal du bruge en af følgende metoder. Bemærk at vi er bekymrede for hastighed, ikke med hastighed (hvilket er hastighed i en bestemt retning), selv om forkortelsen v bruges hyppigt. Ignorer enhver kurve, som cyklisten gør, og lad som om, at hele afstanden er lavet af en lige linje.

Hvis cyklisten flyttes med en stabil hastighed (accelereret ikke) måler man afstanden, som rytteren rejste i meter og fordelt med det antal sekunder, der var nødvendigt for at rejse denne afstand. Denne beregning giver den gennemsnitlige hastighed, som i dette scenario er lig med hastigheden til enhver tid.
Hvis rytteren bevæger sig ved konstant acceleration og ikke ændrer retning, beregnes hans hastighed i tide t med formlen "hastighed i tid t = (acceleration) (t) + starthastighed. Brug sekunder til at måle tid, meter / sekund for at måle hastigheden og m / s² at måle accelerationen.

Video: Arkimedes Lov - Instruktion i at beregne opdrift i væsker

Indtast disse tal i følgende formel: Kinetisk energi = (1/2)m `v². Hvis cyklisten f.eks. Bevæger sig ved 15 m / s, er hans kinetiske energi 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.

Den kinetiske energi formel kan afledes fra arbejdsdefinitionen, W = FΔs, og den kinetiske ligning v² = v₀² + 2aΔs. hvor Δs refererer til "positionændring" eller den tilbagelagte afstand.

Metode 3
Beregning af joules som elektrisk kraft

Beregn den energi, der bruges som strøm x tid. Strøm er defineret som energi per sekund, så vi kan konvertere tilbage til energi ved at multiplicere strøm x tid. Dette er meget nyttigt til måling af effekt i watt, fordi 1 watt = 1 joule / sekund. For at finde ud af, hvor meget energi en 60 W lampe forbruger i 120 sekunder, skal du blot multiplicere (60 watt) x (120 sekunder) = 7200 joules.

Denne formel virker for enhver form for energi målt i watt, men elektricitet er den mest almindelige anvendelse.

Brug trinene herunder til at beregne strømmen af energi i et elektrisk kredsløb. Trinnene nedenfor er et praktisk eksempel, men du kan også bruge metoden til at forstå fysiske problemer. Først beregner vi effekten P ved hjælp af formlen P = I² x R, hvor jeg er strømmen i ampere og R er modstanden i ohm. Disse enheder giver strøm i watt, så derfra kan vi bruge formlen i det foregående trin til at beregne energien i joules.

Vælg en modstand. Modstande er klassificeret i ohm, hvor værdien angives direkte på etiket eller af en række farvede bånd. Du kan også teste modstanden af en modstand ved at forbinde den til en ohm meter eller multimeter. I dette eksempel bruger vi en 10 ohm modstand.

Tilslut modstanden til en strømkilde. Tilslut ledningerne til modstanden med stænger eller alligator klip eller tilslut resistoren til et testkort.

Giv en strøm gennem kredsløbet i en bestemt tidsperiode. I dette eksempel bruger vi en periode på 10 sekunder.

Mål kædenes kraft. Gør dette med et ammeter eller multimeter. Den nuværende af de fleste boliger er milliamps eller millisekunder af en ampere, så lad os antage, at strømmen er 100 milliamperes eller 0,1 ampere.

Brug formlen P = I² x R. For at finde effekten multiplicerer du firkantet af strømmen ved modstanden. Denne beregning resulterer i effektudgangen i watt. Firkanten på 0,1 er 0,01, som multipliceres med 10, resulterer i en effekt på 0,1 watt eller 100 milliwatt.

Multiplicer strømmen ved den forløbne tid. Denne beregning giver energiens output i joules: 0,1 watt x 10 sekunder svarer til 1 joule elektrisk energi.

Fordi joules er små enheder, og fordi elektriske apparater typisk bruger watt, milliwatt og kilowatt til at indikere den effekt, de arbejder i, måler virksomhederne måle effekten i kilowatt-timer. Én watt er lig med 1 joule pr sekund eller 1 Joule er lig med 1 watt-anden- én kilowatt er lig med 1 kilojoule kilojoule per sekund og er lig med 1 kilowatt-sekund. Da der er 3.600 sekunder om en time, svarer 1 kilowatt-time til 3.600 kilowatt-sekunder, 3.600 kilojoule eller 3.600.000 joules.

Metode 4
Beregning af varme i joules

Find massen af genstanden, der opvarmes. Brug en skala eller en fjeder skala. Hvis objektet er flydende, vejes først væskens tomme beholder og opdager dens masse. Du skal trække den værdi fra beholderens masse og væsken sammen for at opdage væskens masse. I dette eksempel, lad os antage, at objektet har 500 gram vand.

Brug gram, ikke nogen anden enhed overhovedet, eller resultatet vil ikke være i joules. For store objekter,

Video: Beregninger med ohms lov

Find ud af objektets specifikke varmekapacitet. Disse oplysninger findes i en kemi reference, det være sig en bog eller en hjemmeside. For vand, den specifikke varmekapacitet c er 4,19 joules per gram for hver grad celsius af opvarmning - eller 4.1855 hvis du skal være meget nøjagtig.

Den specifikke varmekapacitet varierer noget baseret på temperatur og tryk. Forskellige organisationer og bøger bruger forskellige "standardtemperaturer", så du kan finde den specifikke varmekapacitet for vand, der er opført som 4.179.
Du kan bruge Kelvin-skalaen i stedet for Celsius, fordi temperaturforskellen er den samme i begge enheder (opvarmning 3ºC er den samme som opvarmning 3 Kelvin). Brug ikke Fahrenheit skalaen eller resultatet vil ikke være i joules.

Find ud af objektets aktuelle temperatur. Hvis objektet er en væske, kan du bruge et pære termometer. For nogle objekter kan du have brug for et sonde termometer.

Varm genstanden og mål temperaturen igen. Så du kan måle mængden af varme, der føjes til objektet under opvarmning.

Hvis du vil måle den samlede mængde energi, der opbevares i form af varme, foregive at den indledende temperatur var absolut nul: 0 Kelvin eller -273.15 ° C. Denne foranstaltning er normalt ikke nyttig.

Træk den oprindelige temperatur fra den opvarmede temperatur. Denne beregning vil frembringe ændringen i temperaturgrader i objektet. Forudsat at vandet oprindeligt var ved 15 grader Celsius og blev opvarmet til 35 grader Celsius, vil temperaturændringen være 20 grader Celsius.

Multiplicer objektets masse med sin specifikke varmekapacitet og temperaturændringsværdien. Denne formel er udtrykt som H = mcΔT, hvor ΔT står for "temperaturændring". I dette eksempel ville det være 500g x 4.19x20 eller 41.900 joules.

Varme udtrykkes normalt i det metriske system med hensyn til kalorier eller kilokalorier. En kalorie er defineret som den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen af 1 gram vand én grad, mens en kilocalorie er den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen af 1 kg vand én grad. I eksemplet ovenfor bruger 500 gram vand ved 20 grader Celsius 10.000 kalorier eller 10 kilokalorier.

tips

Der er en anden metrisk enhed af arbejde og energi relateret til jouleen kaldes erg-erg er lig med 1 dynam gange gange afstanden 1 cm. En joule svarer til 10.000.000 ergs.

advarsler

Selvom udtrykkene "joule" og "Newton-meter" beskrive den samme enhed i praksis er "joule" anvendes til at repræsentere enhver form for energi og arbejde i en lige linie, som i eksemplet ovenfor kører op en flyvning af trapper. For at måle drejningsmoment foretrækkes anvendelsen af kraft i rotationen af et objekt, udtrykket "Newton-meter".

Nødvendige materialer

Arbejds- eller kinetisk energi:

timeren
balance
Kalkulator med cosinusfunktion (kun til arbejde, ikke altid påkrævet)

elektricitet:

modstand
Tråd eller testramme
Multimeter (eller ohmmeter og ammeter separeret)
Fäste eller alligator klip

varme:

Objekt til varme
Varmekilde (såsom en Bunsen-dyse)
Termometer (pære eller sonde termometer)
Kemisk referencebog (for at finde ud af den specifikke varmekapacitet af objektet, der opvarmes)

Del på sociale netværk:

Relaterede