Britu fiziķa Džeimsa Edvarda Džoula vārdā džouls (J) ir viena no starptautiskās metriskās sistēmas pamatvienībām. Džouls tiek izmantots kā darba, enerģijas un siltuma vienība, un to plaši izmanto zinātniskos pielietojumos. Ja vēlaties atbildēt džoulos, vienmēr izmantojiet standarta zinātniskās vienības. Pēdu mārciņa jeb Lielbritānijas siltuma vienība (BTU) joprojām tiek izmantota dažās jomās, bet ne jūsu fizikas mājas darbos.
Solis
1. metode no 5: darba aprēķināšana džoulos
1. solis. Izprast darbu fizikā
Ja jūs izspiežat kastīti caur istabu, esat piepūlējies. Ja pacelat kasti uz augšu, arī esat piepūlējies. Ir divi svarīgi kritēriji, kas jāievēro "biznesā":
- Jūs piedāvājat vienmērīgu stilu.
- Šis spēks liek objektiem pārvietoties tajā pašā virzienā, kur spēks.
2. Izprotiet biznesa definīciju
Pūles ir viegli aprēķināt. Vienkārši reiziniet spēka daudzumu un kopējo objekta nobraukto attālumu. Parasti zinātnieki izsaka spēku ņūtonos un attālumu metros. Ja izmantojat abas šīs vienības, iegūtā darba vienība ir džouli.
Ikreiz, kad lasāt jautājumu par biznesu, apstājieties un padomājiet, kur ir stils. Ja pacelat kasti, jūs to stumjat uz augšu, lai kaste virzītos uz augšu. Tātad kastes nobrauktais attālums ir tas, cik augstu tā ir pārvietojusies. Tomēr, nākamreiz ejot ar kastīti uz priekšu, šajā procesā netiek pieliktas pūles. Pat ja jūs joprojām spiežat kastīti uz augšu, lai tā nenokristu, tā vairs nepārvietojas uz augšu
Solis 3. Atrodiet pārvietojamā objekta masu
Objekta masa ir nepieciešama, lai aprēķinātu spēku, kas nepieciešams tā pārvietošanai. Mūsu piemērā pieņemsim, ka kravas masa ir 10 kilogrami (kg).
Izvairieties no mārciņu vai citu nestandarta vienību izmantošanas, pretējā gadījumā jūsu galīgā atbilde nebūs džoulos
Solis 4. Aprēķiniet stilu
Spēks = masa x paātrinājums. Mūsu piemērā, paceļot svaru taisni uz augšu, paātrinājums, ko mēs veicam, ir saistīts ar gravitāciju, kas normālos apstākļos paātrina objektu uz leju ar ātrumu 9,8 metri sekundē.2. Aprēķiniet spēku, kas nepieciešams mūsu kravas pārvietošanai uz augšu, reizinot (10 kg) x (9,8 m/s)2) = 98 kg m/s2 = 98 ņūtoni (N).
Ja objekts tiek pārvietots horizontāli, gravitācija neietekmē. Problēma var likt jums aprēķināt spēku, kas nepieciešams, lai izturētu berzi. Ja problēma norāda objekta paātrinājumu, kad tas tiek stumts, varat reizināt zināmo paātrinājumu ar tā masu
5. solis. Izmēriet nobraukto pārvietojumu
Šajā piemērā pieņemsim, ka krava tiek pacelta līdz 1,5 metru (m) augstumam. Pārvietojums ir jāmēra metros, pretējā gadījumā jūsu galīgā atbilde nebūs džoulos.
6. solis. Reiziniet spēku ar pārvietojumu
Lai paceltu 98 ņūtonu svaru 1,5 metru augstumā, jums jādara 98 x 1,5 = 147 džouli.
Solis 7. Aprēķiniet paveikto darbu, lai objektu pārvietotu noteiktā leņķī
Iepriekš minētais piemērs ir vienkāršs: kāds pieliek spēku uz objektu, un objekts virzās uz priekšu. Dažreiz spēka virziens un objekta kustība nav vienādi, jo uz objektu iedarbojas vairāki spēki. Nākamajā piemērā mēs aprēķināsim džoulu skaitu, kas nepieciešams, lai bērns velk ragavas 25 metrus pa plakanu sniegu, pavelkot virvi uz augšu 30 ° leņķī. Šai problēmai darbs = spēks x kosinuss (θ) x pārvietojums. Simbols ir grieķu burts teta un apraksta leņķi starp spēka virzienu un kustības virzienu.
8. solis. Atrodiet kopējo pielietoto spēku
Lai atrisinātu šo problēmu, pieņemsim, ka bērns velk auklu ar 10 ņūtonu spēku.
Ja problēma rada spēku pa labi, augšupvērstu spēku vai spēku kustības virzienā, tad šie spēki jau veido spēka x kosinusa (θ) daļu, un jūs varat izlaist uz priekšu un turpināt vērtību reizināšanu.
9. solis. Aprēķiniet atbilstošo spēku
Tikai daži stili velk ragavas uz priekšu. Kad aukla ir vērsta uz augšu, cits spēks mēģina to uzvilkt, velkot to pret smagumu. Aprēķiniet kustības virzienā izdarīto spēku:
- Mūsu piemērā leņķis starp plakano sniegu un virvi ir 30º.
- Aprēķiniet cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = aptuveni 0,866. Lai atrastu šo vērtību, varat izmantot kalkulatoru, taču pārliecinieties, vai kalkulators izmanto tādas pašas mērvienības kā leņķa mērījums (grādos vai radiānos).
- Reiziniet kopējo spēku x cos (θ). Mūsu piemērā 10 N x 0,866 = 8,66 spēki kustības virzienā.
10. solis. Reiziniet spēku x pārvietojumu
Tagad, kad mēs zinām spēku, kas virzās kustības virzienā, mēs varam aprēķināt darbu kā parasti. Mūsu problēma stāsta, ka ragavas virzās uz priekšu 20 metrus, tāpēc aprēķiniet 8,66 N x 20 m = 173,2 džouli darba.
2. metode no 5: džoulu aprēķināšana no vatiem
1. solis. Izprotiet spēku un enerģiju
Vats ir jaudas vai enerģijas patēriņa vienība (enerģija dalīta ar laiku). Kamēr Džouls ir enerģijas vienība. Lai pārvērstu vatus džoulos, jums jānosaka laiks. Jo ilgāk plūst elektriskā strāva, jo lielāka tiek patērētā enerģija.
Solis 2. Reiziniet vatus ar sekundēm, lai iegūtu džoulus
1 vatu ierīce patērēs 1 džoulu enerģijas ik pēc 1 sekundes. Ja reizināsit vatu skaitu ar sekundēm, jūs iegūsit džoulus. Lai uzzinātu, cik daudz enerģijas 60W lampa patērē 120 sekundēs, jums vienkārši jāreizina 60 vati x 120 sekundes = 7200 džouli.
Šo formulu var izmantot jebkurai jaudai, kas izteikta vatos, bet parasti elektrībai
3. metode no 5: kinētiskās enerģijas aprēķināšana džoulos
1. solis. Izprotiet kinētisko enerģiju
Kinētiskā enerģija ir enerģijas daudzums kustības veidā. Tāpat kā citas enerģijas vienības, kinētisko enerģiju var rakstīt džoulos.
Kinētiskā enerģija ir vienāda ar darba apjomu, kas veikts, lai paātrinātu statisku objektu līdz noteiktam ātrumam. Kad objekts sasniegs šo ātrumu, objekts saglabās noteiktu kinētiskās enerģijas daudzumu, līdz enerģija pārvērtīsies siltumā (no berzes), gravitācijas potenciālajā enerģijā (pārvietojoties pret gravitāciju) vai cita veida enerģijā
2. solis. Atrodiet objekta masu
Piemēram, mēs mēra velosipēda un velosipēdista kinētisko enerģiju. Piemēram, braucēja masa ir 50 kg, bet viņa velosipēda masa - 20 kg, kopējā masa m - 70 kg. Tagad mēs uzskatām abus par vienu objektu ar masu 70 kg, jo viņi abi kustēsies ar tādu pašu ātrumu.
Solis 3. Aprēķiniet ātrumu
Ja jūs jau zināt velosipēdista ātrumu vai ātrumu, vienkārši pierakstiet to un dodieties tālāk. Ja jums jāaprēķina ātrums, izmantojiet kādu no tālāk norādītajām metodēm. Ņemiet vērā, ka mēs meklējam ātrumu, nevis ātrumu (kas ir ātrums noteiktā virzienā), lai gan bieži tiek izmantots saīsinājums v. Ignorējiet visus velosipēdista pagriezienus un pieņemiet, ka viss attālums tiek veikts taisnā līnijā.
- Ja velosipēdists pārvietojas ar nemainīgu ātrumu (nepaātrina), izmēriet velosipēdista nobraukto attālumu metros un daliet ar sekunžu skaitu, kas nepieciešams šī attāluma veikšanai. Šis aprēķins dos vidējo ātrumu, kas šajā gadījumā ir vienāds ar momentāno ātrumu.
- Ja velosipēdists piedzīvo pastāvīgu paātrinājumu un nemaina virzienu, aprēķiniet viņa ātrumu laikā t, izmantojot ātruma formulu laikā t = (paātrinājums) (t) + sākotnējais ātrums. Izmantojiet sekundi laika mērīšanai, metru/sekundē ātruma mērīšanai un m/s2 paātrinājuma mērīšanai.
Solis 4. Pievienojiet šos skaitļus šai formulai
Kinētiskā enerģija = (1/2) m v 2. Piemēram, ja velosipēdists pārvietojas ar ātrumu 15 m/s, viņa kinētiskā enerģija EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 ņūtonmetri = 7875 džouli.
Kinētiskās enerģijas formulu var iegūt no darba definīcijas, W = FΔs un kinemātiskā vienādojuma v2 = v02 + 2aΔs. s apzīmē izmaiņas pozīcijā vai nobrauktajā attālumā.
4. metode no 5: siltuma aprēķināšana džoulos
Solis 1. Atrodiet sildāmā objekta masu
Lai to izmērītu, izmantojiet svaru vai atsperes svaru. Ja priekšmets ir šķidrums, vispirms izmēriet tukšo trauku, kurā atrodas šķidrums, un atrodiet tā masu. Lai atrastu šķidruma masu, jums tas jāatņem no trauka masas plus šķidruma. Šajā piemērā pieņemsim, ka objekts ir 500 grami ūdens.
Izmantojiet gramus, nevis citas vienības, pretējā gadījumā rezultāts nebūs džouls
2. solis. Atrodiet objekta specifisko siltumu
Šo informāciju var atrast ķīmijas atsaucēs gan grāmatu veidā, gan tiešsaistē. Ūdenim īpatnējais siltums c ir 4,19 džouli uz gramu uz katru uzsildīto Celsija grādu - vai 4,1855, ja nepieciešama precīza vērtība.
- Faktiskais īpatnējais siltums nedaudz atšķiras atkarībā no temperatūras un spiediena. Dažādās organizācijās un mācību grāmatās tiek izmantota atšķirīga standarta temperatūra, tāpēc jūs varat redzēt ūdens īpatnējo siltumu, kas norādīts 4.179.
- Jūs varat izmantot Kelvinu Celsija vietā, jo temperatūras starpība abām iekārtām ir vienāda (sildot kaut ko par 3ºC, tas ir vienāds ar 3 Kelvina sildīšanu). Nelietojiet Fārenheitu, pretējā gadījumā rezultāti nebūs džoulos.
Solis 3. Atrodiet objekta sākotnējo temperatūru
Ja objekts ir šķidrums, varat izmantot dzīvsudraba termometru. Dažiem priekšmetiem jums var būt nepieciešams zondes termometrs.
Solis 4. Sildiet objektu un vēlreiz izmēriet temperatūru
Tas mērīs objekta siltuma pieaugumu sildīšanas laikā.
Ja vēlaties izmērīt kopējo enerģijas daudzumu, kas uzkrāts kā siltums, varat pieņemt, ka sākotnējā temperatūra ir absolūta nulle: 0 Kelvina vai -273,15ºC. Tas nav ļoti noderīgi
5. solis. Atņemiet sākotnējo temperatūru no sildīšanas temperatūras
Šis samazinājums novedīs pie temperatūras izmaiņām objektā. Pieņemot, ka ūdens iepriekš bija 15 grādi pēc Celsija un uzsildīts līdz 35 grādiem pēc Celsija, temperatūra mainās līdz 20 grādiem pēc Celsija.
Solis 6. Reiziniet objekta masu ar tā īpatnējo siltumu un temperatūras izmaiņu lielumu
Formula ir uzrakstīta Q = mc T, kur T ir temperatūras izmaiņas. Šajā piemērā tas būtu 500 g x 4, 19 x 20 vai 41 900 džoulu.
Siltums biežāk tiek ierakstīts kaloriju vai kilokaloriju metriskajā sistēmā. Kaloriju definē kā siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 gramu ūdens temperatūru par 1 grādu pēc Celsija, bet kilokalorijas ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 kilogramu ūdens temperatūru par 1 grādu pēc Celsija. Iepriekš minētajā piemērā, paaugstinot 500 gramu ūdens temperatūru par 20 grādiem pēc Celsija, tiks iztērētas 10 000 kalorijas jeb 10 kilokalorijas
5. metode no 5: džoulu aprēķināšana kā elektroenerģija
1. solis. Veiciet tālāk norādītās darbības, lai aprēķinātu enerģijas plūsmu elektriskā ķēdē
Tālāk norādītās darbības ir uzskaitītas kā praktiski piemēri, taču jūs varat arī izmantot šo metodi, lai izprastu rakstiskās fizikas problēmas. Pirmkārt, mēs aprēķināsim jaudu P, izmantojot formulu P = I2 x R, kur I ir strāva ampēros un R ir pretestība omos. Šīs vienības ražo jaudu vatos, tāpēc no šejienes mēs varam izmantot formulu iepriekšējā solī, lai aprēķinātu enerģiju džoulos.
2. solis. Izvēlieties rezistoru
Rezistori tiek mērīti omos, ar izmēriem, kas rakstīti tieši vai attēloti ar krāsainu līniju kolekciju. Varat arī pārbaudīt rezistora pretestību, savienojot to ar ommetru vai multimetru. Šajā piemērā mēs pieņemam, ka rezistors ir 10 omi.
Solis 3. Pievienojiet rezistoru strāvas avotam
Jūs varat savienot vadus ar rezistoru ar Fahnestock vai aligatora skavu, vai arī savienot rezistoru ar testa plāksni.
Solis 4. Plūsmas strāva caur ķēdi noteiktu laika intervālu
Šajā piemērā mēs izmantosim 10 sekunžu intervālu.
Solis 5. Izmēriet strāvas stiprumu
Dariet to ar ampērmetru vai multimetru. Lielāko daļu mājsaimniecības strāvu mēra miliamperos vai tūkstošos ampēru, tāpēc mēs pieņemam, ka strāva ir 100 miliampēri vai 0,1 ampēri.
6. solis. Izmantojiet formulu P = I2 x R.
Lai atrastu jaudu, reiziniet strāvas kvadrātu ar pretestību. Tā rezultātā izejas jauda ir vatos. Kvadrējot 0,1, iegūst rezultātu 0,01, reizinot ar 10, iegūst 0,1 vatu vai 100 milivatu jaudu.
7. solis. Reiziniet jaudu ar pagājušo laiku
Šī reizināšana dod enerģijas izvadi džoulos. 0,1 vats x 10 sekundes ir vienāds ar 1 džoulu elektriskās enerģijas.
