Innehåll

• Att gå
• Metod 1 av 4: Beräkning av arbete i joule
• Metod 2 av 4: Beräkning av kinetisk energi i joule
• Metod 3 av 4: Beräkning av Joule som elektrisk energi
• Metod 4 av 4: Beräkning av värmen i joule
• Tips
• Varningar
• Förnödenheter

Joule (J), uppkallad efter den engelska fysikern James Edward Joule, är en av de viktigaste enheterna i det internationella metriska systemet. Joule används som en enhet för arbete, energi och värme och används i stor utsträckning inom vetenskapen. Om du vill att ditt svar ska ligga i joule, använd alltid de vetenskapliga standardenheterna.

Att gå

Metod 1 av 4: Beräkning av arbete i joule

1. Definitionen av arbete. Arbete definieras som en konstant kraft som appliceras på ett objekt för att flytta det ett visst avstånd. Om inte mer än en kraft appliceras kan den beräknas som kraft X distans, och kan skrivas i enheter av joule (motsvarar en "Newtonmätare"). I vårt första exempel tar vi en person som vill lägga en vikt från golvet till brösthöjd, och vi beräknar hur mycket arbete personen har gjort.
   • Kraften måste appliceras i rörelseriktningen. När du håller ett föremål och går framåt görs inget arbete på föremålet eftersom du inte skjuter föremålet i riktning mot dess rörelse.
2. Bestäm massan av objektet som flyttas. Massan av ett objekt behövs för att beräkna den kraft som krävs för att flytta det. I vårt exempel anger vi att vikten har en massa på 10 kg.
   • Använd inte pund eller andra enheter som inte är standard, annars kommer det slutliga svaret inte i joule.
3. Beräkna kraften. Kraft = massa x acceleration. I vårt exempel är att lyfta en vikt rakt upp, den acceleration som vi försöker övervinna är lika med gravitationen, 9,8 m / s nedåt. Beräkna den kraft som krävs för att lyfta vikten med (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newton (N).
   • Om objektet flyttas horisontellt är tyngdkraften irrelevant. Istället kan problemet uppmana dig att beräkna den kraft som krävs för att övervinna friktionsmotståndet. Om det ges vad föremålets acceleration är när det skjuts, kan du multiplicera den givna accelerationen med massan.
4. Mät avståndet objektet flyttas. I det här exemplet antar vi att vikten lyfts 1,5 meter (m). Avståndet måste mätas i meter, annars kan det slutliga svaret inte registreras i Joule.
5. Multiplicera kraften med avståndet. För att lyfta en vikt på 98 Newton 1,5 meter måste du göra 98 x 1,5 = 147 Joule arbete.
6. Beräkna arbetskraft för objekt som rör sig i en vinkel. Vårt exempel ovan var enkelt: någon applicerade en uppåtgående kraft på objektet och objektet gick upp. Ibland är kraftens riktning och objektets rörelse inte helt densamma, eftersom flera krafter verkar på objektet. I följande exempel kommer vi att beräkna hur många Joule det tar att dra en släde 25 meter genom snön genom att dra ett rep fäst vid släden i en vinkel på 30 ° mot det horisontella. Följande gäller: arbete = kraft x cos (θ) x avstånd. "Symbolen" är den grekiska bokstaven "theta" och representerar vinkeln mellan kraftriktningen och rörelseriktningen.
7. Bestäm den totala kraften som appliceras. I detta problem säger vi att någon drar repet med en kraft av 10 Newton.
   • Om en kraft "till höger," "upp" eller "i rörelseriktningen" redan har givits är "force x cos (") "som beräknad, och du kan fortsätta att multiplicera värdena.
8. Beräkna den relevanta kraften. Endast en del av kraften drar vagnen framåt. Eftersom repet är uppåt i en vinkel försöker den återstående kraften att lyfta vagnen uppåt och motverka tyngdkraften. Beräkna kraften i rörelseriktningen:
   • I vårt exempel är vinkeln θ mellan marken och repet 30º.
   • Beräkna cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = ungefär 0,866. Du kan använda en miniräknare för att hitta detta värde, men se till att din miniräknare använder rätt enhet som den vinkeln anges i (grader eller radianer).
   • Multiplicera den totala kraften x cos (θ). I vårt exempel är 10N x 0,866 = 8,66 N i rörelseriktningen.
9. Multiplicera kraft x avstånd. Nu när vi vet hur mycket kraft som appliceras i rörelseriktningen kan vi beräkna arbetet som vanligt. Vårt problem berättar att vagnen har bogserats 20 meter framåt, så vi beräknar 8,66 N x 20 m = 173,2 joule arbete.

Metod 2 av 4: Beräkning av kinetisk energi i joule

1. Förstå lite kinetisk energi. Kinetisk energi är mängden energi i form av rörelse. Som med alla former av energi kan den uttryckas i Joule.
   • Kinetisk energi är lika med mängden arbete som utförts för att påskynda ett stillastående föremål till en viss hastighet. När denna hastighet har uppnåtts behåller objektet mängden kinetisk energi tills den energin omvandlas till värme (genom friktion), gravitationsenergi (genom att gå mot tyngdkraften) eller andra typer av energi.
2. Bestäm objektets massa. Till exempel kan vi mäta en cykels och en cyklists kinetiska energi. Antag att cyklisten har en massa på 50 kg och cykeln har en massa på 20 kg. Det lägger till en total massa m på 70 kg. Vi kan nu behandla dem tillsammans som ett objekt på 70 kg, eftersom de rör sig tillsammans i samma hastighet.
3. Beräkna hastigheten. Om du redan känner till cyklistens hastighet eller vektorhastighet, skriv ner den och fortsätt. Om du fortfarande behöver beräkna detta, använd någon av metoderna nedan. Detta gäller hastigheten, inte vektorn (vilket är hastigheten i en viss riktning), även om bokstaven ofta är v används för hastighet. Ignorera vändningar som cyklisten gör och låtsas att hela sträckan ligger i en rak linje.
   • Om cyklisten rör sig med konstant hastighet (ingen acceleration), mät avståndet cyklisten reste och dividera med antalet sekunder som det tog att täcka det avståndet. Detta beräknar medelhastigheten, som i detta scenario är densamma som hastigheten vid ett visst ögonblick.
   • Om cyklisten rör sig med en konstant acceleration och inte ändrar riktning, beräkna hastigheten vid den tiden t med formelns hastighet (tid t) = (acceleration) (t) + starthastighet. Tiden är i sekunder, hastighet i meter / sekund och acceleration i m / s.
4. Ange följande siffror i följande formel. Kinetisk energi = (1/2)m "v. Till exempel, om cyklisten rör sig med en hastighet på 15 m / s, är hans kinetiska energi K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newtonmeter = 7875 joule.
   • Formeln för den kinetiska energin kan härledas från definitionen av arbete, W = FΔs och ekvationen v = v₀ + 2aAs. Δs avser "förskjutning" eller också det sträcka som har rest.

Metod 3 av 4: Beräkning av Joule som elektrisk energi

1. Beräkna energi med kraft x tid. Kraft definieras som den förbrukade energin per tidsenhet, så att vi kan beräkna den förbrukade energin med effekten gånger tidsenheten. Detta är användbart när du mäter effekt i watt, eftersom 1 watt = 1 Joule / sekund. För att ta reda på hur mycket energi en 60W glödlampa använder på 120 sekunder, multiplicera följande: (60 watt) x (120 sekunder) = 7200 joule.
   • Denna formel kan användas för alla typer av kraft, mätt i watt, men el är det mest uppenbara.
2. Använd stegen nedan för att beräkna energiflödet i en elektrisk krets. Stegen nedan beskrivs som ett praktiskt exempel, men du kan också använda denna metod för att förstå teoretiska fysikproblem. Först beräknar vi effekten P med formeln P = I x R, där I är strömmen i ampere och R är motståndet i ohm. Dessa enheter ger oss kraften i watt, så från och med denna punkt kan vi använda formeln som användes i föregående steg för att beräkna energin i joule.
3. Välj ett motstånd. Motstånd anges i ohm, med deras värde angivet direkt på motståndet, eller indikeras av en serie färgade ringar. Du kan också testa ett motstånd med en ohmmeter eller multimeter. I det här exemplet antar vi att motståndet vi använder är 10 ohm.
4. Anslut motståndet till en energikälla (batteri). Använd klämmor för detta eller placera motståndet i en testkrets.
5. Låt en ström strömma genom den under en viss tid. I det här exemplet tar vi 10 sekunder som tidsenhet.
6. Mät strömstyrkan. Du gör detta med en flödesmätare eller en multimeter. De flesta hushållsströmmar är i milliamprar, så vi antar att strömmen är 100 milliampere, eller 0,1 ampere.
7. Använd formeln P = I x R. För att hitta kraften multiplicerar du strömens fyrkantiga effekt med motståndet. Detta ger dig kraften i denna krets i watt. Kvadraten på 0,1 ger 0,01. Multiplicera detta med 10 så får du en uteffekt på 0,1 watt eller 100 milliwatt.
8. Multiplicera kraften med förfluten tid. Detta ger energin i joule. 0,1 watt x 10 sekunder motsvarar 1 joule elektrisk energi.
   • Eftersom Joule är en liten enhet och eftersom apparaternas energiförbrukning vanligtvis anges i watt, milliwatt och kilowatt, är det ofta enklare att beräkna antalet kWh (kilowattimmar) som förbrukas av en enhet. 1 watt är lika med 1 joule per sekund, eller 1 joule är lika med 1 watt sekund; ett kilowatt är lika med 1 kilojoule per sekund och ett kilojoule är lika med 1 kilowatt sekund. Det finns 3600 sekunder på en timme, så 1 kilowattimme är lika med 3600 kilowatt-sekunder, 3600 kilojoule eller 3600 000 joule.

Metod 4 av 4: Beräkning av värmen i joule

1. Bestäm massan av objektet till vilket värme tillsätts. Använd en balans eller våg för detta. Om föremålet är en vätska, väga först den tomma behållaren som vätskan kommer att gå in i. Du måste subtrahera detta från behållarens massa och vätska tillsammans för att hitta vätskans massa. I detta exempel antar vi att objektet är 500 gram vatten.
   • Använd gram, inte en annan enhet, annars anges inte resultatet i Joule.
2. Bestäm objektets specifika värme. Denna information finns i referensböcker för binas kemi, men du kan också hitta den online. Detta är den specifika värmen för vatten c motsvarar 4,19 joule per gram för varje grad Celsius - eller 4,1885, om du vill vara mycket exakt.
   • Specifik värme varierar något beroende på temperatur och tryck. Olika organisationer och läroböcker använder olika "standardtemperaturer", så du kan hitta så mycket som 4 179 för den specifika vattenvärmen.
   • Du kan också använda Kelvin istället för Celsius, eftersom 1 grad är densamma för båda rätterna (att värma något med 3ºC är detsamma som med 3 Kelvin). Använd inte Fahrenheit eller resultatet kommer inte att ges i Joule.
3. Bestäm objektets aktuella temperatur. Om föremålet är en vätska kan du använda en vanlig (kvicksilver) termometer. För andra föremål kan du behöva en termometer med en sond.
4. Värm objektet och mät temperaturen igen. Detta gör att du kan mäta mängden värme som har lagts till ett objekt under uppvärmningen.
   • Om du vill veta den totala mängden energi som lagras i form av värme kan du låtsas att den ursprungliga temperaturen var absolut noll: 0 Kelvin eller -273,15 ° C.
5. Subtrahera den ursprungliga temperaturen från temperaturen efter uppvärmningen. Detta ger resultatet förändringen i temperaturen på objektet. Om vi ​​antar att vattnet ursprungligen var 15 grader Celsius och efter uppvärmningen var det 35 grader Celsius, är temperaturförändringen därför 20 grader Celsius.
6. Multiplicera objektets massa med den specifika värmen och temperaturförändringen. Du skriver denna formel som H =mcΔT., där AT representerar "temperaturförändring". I detta exempel blir detta 500g x 4,19 x 20 = 41.900 joule.
   • Värme uttrycks vanligtvis i kalorier eller kilokalorier. En kalori definieras som den mängd värme som krävs för att 1 gram vatten ska öka i temperaturen med 1 grad Celsius, medan en kilokalori (eller kalori) är den mängd värme som krävs för att höja temperaturen på 1 kg vatten med 1 grad Celsius ... I exemplet ovan krävs 10 000 kalorier eller 10 kilokalorier för att höja temperaturen på 500 gram vatten med 20 grader Celsius.

Tips

• Relaterat till joule är en annan arbetsenhet och energi som kallas erg; 1 erg är lika med 1 dyne kraft gånger ett avstånd på 1 cm. En joule är lika med 10.000.000 erg.

Varningar

• Även om termerna "joule" och "newton meter" hänvisar till samma enhet, används i praktiken "joule" för att indikera vilken form av energi som helst och för arbete som utförs i en rak linje, som i exemplet med trappsteg ovanför. När vi använder för att beräkna vridmoment (kraft på ett roterande objekt) föredrar vi termen "Newtonmätare".

Förnödenheter

Beräkning av arbete eller kinetisk energi:

• Stoppur eller timer
• Vågen eller balans
• Miniräknare med cosinusfunktion (endast för arbete, inte alltid nödvändigt)

Beräkning av elektrisk energi:

• Motstånd
• Ledningar eller ett testkort
• Multimeter (eller en ohmmeter och en strömmätare)
• Fahnestock eller krokodilklämmor

Värme:

• Objekt som ska värmas
• Värmekälla (t.ex. en Bunsen-brännare)
• Termometer (en flytande termometer eller termometer med en sond)
• Kemi / kemireferens (för att hitta den specifika värmen för objektet som värms upp)