Innehåll

• Steg
• Metod 1 av 5: Beräkning av arbete (J)
• Metod 2 av 5: Beräkna energi (J) från en given effekt (W)
• Metod 3 av 5: Beräkning av kinetisk energi (J)
• Metod 4 av 5: Beräkning av värmemängden (J)
• Metod 5 av 5: Beräkning av elektrisk energi (J)
• Tips
• Varningar
• Vad behöver du

Joule (J) är en av de viktigaste enheterna i International System of Units (SI). Joules mäter arbete, energi och värme. För att representera det slutliga resultatet i joule, använd SI -enheter.Om andra måttenheter ges i uppgiften, konvertera dem till måttenheter från International System of Units.

Steg

Metod 1 av 5: Beräkning av arbete (J)

1. 1 Begreppet arbete i fysik. Om du flyttar lådan får du jobbet gjort. Om du lyfter lådan har du gjort jobbet. För att arbetet ska kunna utföras måste två villkor vara uppfyllda:
   • Du tillämpar konstant kraft.
   • Under verkan av den applicerade kraften rör sig kroppen i riktningen för kraftens verkan.
2. 2 Beräkna arbetet. För att göra detta multiplicerar du kraften och avståndet (med vilket kroppen rörde sig). I SI mäts kraft i newton och avstånd i meter. Om du använder dessa enheter kommer det resulterande arbetet att mätas i joule.
   • Bestäm riktningen för den applicerade kraften vid problemlösning. När du lyfter lådan styrs kraften nedifrån och upp, men om du tar lådan i händerna och går en viss sträcka, kommer du inte att göra jobbet - du utövar kraft så att lådan inte faller, men denna kraft rör inte lådan.
3. 3 Hitta din kroppsvikt. Det behövs för att beräkna kraften som måste appliceras för att röra kroppen. Tänk på ett exempel: beräkna det arbete en idrottsman utför när han lyfter (från golv till bröst) en skivstång som väger 10 kg.
   • Om problemet innehåller icke-standardiserade måttenheter, konvertera dem till SI-enheter.
4. 4 Beräkna styrkan. Kraft = massa x acceleration. I vårt exempel tar vi hänsyn till gravitationens acceleration, som är lika med 9,8 m / s. Kraften som måste appliceras för att flytta stången upp är 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Om kroppen rör sig i ett horisontellt plan, ignorera accelerationen på grund av gravitationen. Kanske kommer uppgiften att kräva beräkning av kraften som krävs för att övervinna friktion. Om acceleration ges i problemet, multiplicera det helt enkelt med den angivna kroppsmassan.
5. 5 Mät sträckan. I vårt exempel, låt oss säga att stången lyfts till en höjd av 1,5 m. (Om icke-standardmåttenheter anges i problemet, konvertera dem till SI-enheter.)
6. 6 Multiplicera kraften med avståndet. För att höja en skivstång som väger 10 kg till en höjd av 1,5 m utför idrottaren arbete lika med 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Beräkna arbetet när kraften är riktad i en vinkel. Det föregående exemplet var ganska enkelt: kroppens kraft- och rörelseriktningar sammanföll. Men i vissa fall riktas kraften i en vinkel mot färdriktningen. Tänk på ett exempel: beräkna det arbete som utförts genom att ett barn drar en släde 25 m med ett rep som ligger 30 grader från horisontalplanet. I detta fall arbete = kraft x cosinus (θ) x avstånd. Vinkeln θ är vinkeln mellan kraftens riktning och rörelseriktningen.
8. 8 Hitta den totala applicerade kraften. I vårt exempel, låt oss säga att barnet applicerar en kraft lika med 10 N.
   • Om problemet säger att kraften är riktad uppåt, eller till höger / vänster, eller dess riktning sammanfaller med kroppens rörelseriktning, för att beräkna arbetet, multiplicera helt enkelt kraften och avståndet.
9. 9 Beräkna motsvarande kraft. I vårt exempel drar bara en bråkdel av den totala kraften släden framåt. Eftersom repet är riktat uppåt (i en vinkel mot horisontalen) försöker en annan del av den totala kraften att lyfta släden. Beräkna därför kraften, vars riktning sammanfaller med rörelseriktningen.
   • I vårt exempel är vinkeln θ (mellan marken och repet) 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Hitta detta värde med en räknare; ställ in vinkeln i räknaren till grader.
   • Multiplicera den totala kraften med cosθ. I vårt exempel: 10 x 0,866 = 8,66 N - detta är en kraft vars riktning sammanfaller med rörelseriktningen.
10. 10 Multiplicera motsvarande kraft med avståndet för att beräkna arbetet. I vårt exempel: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metod 2 av 5: Beräkna energi (J) från en given effekt (W)

1. 1 Kraft och energi. Effekt mäts i watt (W) och beskriver hastigheten för förändring, konvertering, överföring eller förbrukning av energi, som mäts i joule (J).För att beräkna energin (J) för en given effekt (W) måste du veta hur lång tid.
2. 2 För att beräkna energi (J) multiplicerar du effekten (W) med tid (er). En enhet med en effekt på 1 W förbrukar 1 J energi för varje 1 s. Låt oss till exempel beräkna energiförbrukningen av en 60 W -lampa i 120 sekunder: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Denna formel gäller för vilken effekt som helst mätt i watt, men används oftast i uppgifter som innefattar el.

Metod 3 av 5: Beräkning av kinetisk energi (J)

1. 1 Kinetisk energi är rörelseenergin. Det kan uttryckas i joule (J).
   • Kinetisk energi motsvarar arbetet med att accelerera en stillastående kropp till en viss hastighet. Efter att ha nått en viss hastighet förblir kroppens rörelseenergi konstant tills den omvandlas till värme (från friktion), gravitationell potentiell energi (när den rör sig mot gravitationen) eller andra energityper.
2. 2 Hitta din kroppsvikt. Beräkna till exempel rörelseenergin för en cykel och en cyklist. Cyklisten väger 50 kg och cykeln väger 20 kg, vilket innebär att den totala kroppsvikten är 70 kg (betrakta cykeln och cyklisten som en enda kropp, eftersom de kommer att röra sig i samma riktning och med samma hastighet).
3. 3 Beräkna hastigheten. Om hastigheten anges i problemet, gå till nästa steg; annars beräkna det med någon av metoderna nedan. Observera att hastighetsriktningen är försumbar här; anta dessutom att cyklisten kör i en rak linje.
   • Om cyklisten körde med konstant hastighet (ingen acceleration), mät avståndet (m) och dividera det med den eller de tidpunkter som togs för att täcka detta avstånd. Detta ger dig medelhastighet.
   • Om cyklisten accelererade och accelerationsvärdet och rörelseriktningen inte ändrades beräknas hastigheten vid en given tidpunkt t med formeln: acceleration x t + initialhastighet. Tiden mäts i sekunder, hastighet i m / s, acceleration i m / s.
4. 4 Anslut värdena till formeln. Kinetisk energi = (1/2) mv, där m är massa, v är hastighet. Till exempel, om hastigheten för en cyklist är 15 m / s, då är hans rörelseenergi K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • Formeln för beräkning av rörelseenergin härleds från definitionen av arbete (W = FΔs) och den kinematiska ekvationen (v = v₀ + 2aΔs, där Δs är sträckan som rest).

Metod 4 av 5: Beräkning av värmemängden (J)

1. 1 Hitta massan av den uppvärmda kroppen. För att göra detta, använd en balans- eller fjädervåg. Om kroppen är en vätska, väg först den tomma behållaren (i vilken du häller vätskan) för att hitta dess massa. Efter vätning av vätskan, subtrahera massan av den tomma behållaren från detta värde för att hitta vätskans massa. Tänk till exempel på vatten som väger 500 g.
   • För att resultatet ska mätas i joule måste massan mätas i gram.
2. 2 Hitta den specifika värmen i kroppen. Det kan hittas i en kemi, fysik lärobok eller på internet. Vattnets specifika värmekapacitet är 4,19 J / g.
   • Specifik värme varierar något med temperatur och tryck. Till exempel, i vissa källor är vattnets specifika värmekapacitet 4,18 J / g (eftersom olika källor väljer olika värden för "referenstemperaturen").
   • Temperaturen kan mätas i grader Kelvin eller Celsius (eftersom skillnaden mellan de två temperaturerna kommer att vara densamma), men inte i grader Fahrenheit.
3. 3 Hitta din startkroppstemperatur. Om kroppen är flytande, använd en termometer.
4. 4 Värm kroppen och hitta dess slutliga temperatur. På så sätt kan du hitta mängden värme som överförs till kroppen när den värms upp.
   • Om du vill hitta den totala energin som omvandlas till värme, anser den initiala kroppstemperaturen vara absolut noll (0 Kelvin eller -273,15 Celsius). Detta gäller vanligtvis inte.
5. 5 Subtrahera startkroppstemperaturen från sluttemperaturen för att hitta förändringen i kroppstemperaturen. Till exempel värms vatten upp från 15 grader Celsius till 35 grader Celsius, det vill säga förändringen i vattentemperaturen är 20 grader Celsius.
6. 6 Multiplicera kroppsvikten, dess specifika värme och förändringen i kroppstemperatur. Formel: H = mcΔT, där ΔT är temperaturförändringen. I vårt exempel: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • Värme mäts ibland i kalorier eller kilokalorier. Kalorier är den mängd värme som krävs för att höja temperaturen på 1 gram vatten med 1 grad Celsius; kilokalorier är mängden värme som krävs för att höja temperaturen på 1 kg vatten med 1 grad Celsius. I exemplet ovan skulle det ta 10 000 kalorier eller 10 kcal för att höja temperaturen på 500 gram vatten med 20 grader Celsius.

Metod 5 av 5: Beräkning av elektrisk energi (J)

1. 1 Detta beskriver en metod för att beräkna flödet av energi i en elektrisk krets. Ett praktiskt exempel ges på grundval av vilket man kan lösa fysiska problem. Till att börja med, låt oss beräkna effekten enligt formeln P = I x R, där I är strömstyrkan (A), R är motståndet (Ohm). Du hittar den effekt (W) som du kan beräkna energin med (J) (se andra kapitlet).
2. 2 Ta ett motstånd. Motståndsvärdet (Ohm) för motståndet indikeras med ett tal eller färgkodad markering. Du kan också bestämma motståndet hos motståndet genom att ansluta det till en ohmmeter eller multimeter. Till exempel, låt oss ta ett 10 ohm motstånd.
3. 3 Anslut motståndet till strömkällan. För att göra detta, använd krokodilklämmor eller ett experimentstativ med en elektrisk krets.
4. 4 För en ström genom kretsen under en viss tid. Gör till exempel detta i 10 sekunder.
5. 5 Bestäm strömstyrkan. För att göra detta, använd en amperemeter eller multimeter. Till exempel är strömmen 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Beräkna effekten (W) med formeln P = I x R. I vårt exempel: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multiplicera kraft och tid för att hitta energi (J). I vårt exempel: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Eftersom 1 joule är ett litet värde, och effekten hos elektriska apparater anges i watt, milliwatt och kilowatt, i bostäder och kommunala sektorer, mäts vanligtvis energi i kilowattimmar. Om 1 W = 1 J / s, då 1 J = 1 W ∙ s; om 1 kW = 1 kJ / s, då 1 kJ = 1 kW ∙ s. Eftersom 1 h = 3600 s, då 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tips

• I SI mäts också energi och arbete i ergs. 1 erg = 1 dyne (mätenhet) x 1 cm. 1 J = 10 000 000 erg.

Varningar

• Joule- och newtonmätaren är måttenheter för arbete. Joules mäter energi och arbete som utförs när en kropp rör sig i en rak linje. Om kroppen roterar är måttenheten newtonmeter.

Vad behöver du

Arbete och rörelseenergi:

• Stoppur eller timer
• vågar
• Kosinusräknare

Elektrisk energi:

• Motstånd
• Trådar eller experimentstativ
• Multimeter (eller ohmmeter och ammeter)
• Krokodilklämmor

Värmemängd:

• Uppvärmd kropp
• Värmekälla (t.ex. brännare)
• Termometer
• Handbok för att bestämma den specifika värmen för en uppvärmd kropp