Πώς να υπολογίσετε joules

Βίντεο: ΘΕΡΜΙΔΕΣ - MACROS - ΠΟΣΑ να τρώω και ΠΩΣ να τα Μετράω - Βίντεο Διατροφής | Panagiotis Rafail

Περιεχόμενο

Βήματα
Μέθοδος 1 από 5: Υπολογισμός εργασίας (J)
Μέθοδος 2 από 5: Υπολογίστε την ενέργεια (J) από μια δεδομένη ισχύ (W)
Μέθοδος 3 από 5: Υπολογισμός Κινητικής Ενέργειας (J)
Μέθοδος 4 από 5: Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας (J)
Μέθοδος 5 από 5: Υπολογισμός Ηλεκτρικής Ενέργειας (J)
Συμβουλές
Προειδοποιήσεις
Τι χρειάζεσαι

Το joule (J) είναι μία από τις σημαντικότερες μονάδες στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI). Τα Joules μετρούν την εργασία, την ενέργεια και τη θερμότητα. Για να αναπαραστήσετε το τελικό αποτέλεσμα σε joules, χρησιμοποιήστε μονάδες SI.Εάν δίνονται άλλες μονάδες μέτρησης στην εργασία, μετατρέψτε τις σε μονάδες μέτρησης από το Διεθνές Σύστημα Μονάδων.

Βήματα

Μέθοδος 1 από 5: Υπολογισμός εργασίας (J)

1 Η έννοια της εργασίας στη φυσική. Εάν μετακινήσετε το κουτί, τότε θα ολοκληρώσετε τη δουλειά. Αν σηκώσετε το κουτί, τότε έχετε κάνει τη δουλειά. Για να γίνει η εργασία, πρέπει να πληρούνται δύο προϋποθέσεις:
- Εφαρμόζεις σταθερή δύναμη.
- Κάτω από τη δράση της εφαρμοζόμενης δύναμης, το σώμα κινείται προς την κατεύθυνση της δράσης της δύναμης.
2 Υπολογίστε το έργο. Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε τη δύναμη και την απόσταση (κατά την οποία κινήθηκε το σώμα). Στο SI, η δύναμη μετριέται σε newtons και η απόσταση σε μέτρα. Εάν χρησιμοποιείτε αυτές τις μονάδες, η προκύπτουσα εργασία θα μετρηθεί σε joules.
- Κατά την επίλυση προβλημάτων, καθορίστε την κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης δύναμης. Όταν σηκώνετε το κουτί, η δύναμη κατευθύνεται από κάτω προς τα πάνω, αλλά αν πάρετε το κουτί στα χέρια σας και περπατήσετε σε μια ορισμένη απόσταση, τότε δεν θα κάνετε τη δουλειά - εφαρμόζετε δύναμη έτσι ώστε το κουτί να μην πέσει, αλλά αυτή η δύναμη δεν μετακινεί το κουτί.
3 Βρείτε το σωματικό σας βάρος. Είναι απαραίτητο για τον υπολογισμό της δύναμης που πρέπει να εφαρμοστεί για να κινηθεί το σώμα. Εξετάστε ένα παράδειγμα: υπολογίστε την εργασία που κάνει ένας αθλητής όταν σηκώνει (από το πάτωμα στο στήθος) μια μπάρα βάρους 10 κιλών.
- Εάν το πρόβλημα περιέχει μη τυπικές μονάδες μέτρησης, μετατρέψτε τις σε μονάδες SI.
4 Υπολογίστε τη δύναμη. Δύναμη = μάζα x επιτάχυνση. Στο παράδειγμά μας, λαμβάνουμε υπόψη την επιτάχυνση της βαρύτητας, η οποία είναι ίση με 9,8 m / s. Η δύναμη που πρέπει να εφαρμοστεί για να μετακινήσετε τη ράβδο προς τα πάνω είναι 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Εάν το σώμα κινείται σε οριζόντιο επίπεδο, αγνοήστε την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας. Σως η εργασία απαιτεί τον υπολογισμό της δύναμης που απαιτείται για να ξεπεραστεί η τριβή. Εάν στο πρόβλημα δίνεται επιτάχυνση, απλά πολλαπλασιάστε το με τη δεδομένη μάζα σώματος.
5 Μετρήστε την απόσταση που διανύσατε. Στο παράδειγμά μας, ας πούμε ότι η ράβδος ανυψώνεται σε ύψος 1,5 μ. (Εάν στο πρόβλημα δίνονται μη τυπικές μονάδες μέτρησης, μετατρέψτε τις σε μονάδες SI.)
6 Πολλαπλασιάστε τη δύναμη με την απόσταση. Για να σηκώσει μια μπάρα βάρους 10 kg σε ύψος 1,5 m, ο αθλητής θα εκτελέσει εργασία ίση με 98 x 1,5 = 147 J.
7 Υπολογίστε το έργο όταν η δύναμη κατευθύνεται σε γωνία. Το προηγούμενο παράδειγμα ήταν αρκετά απλό: οι κατευθύνσεις δύναμης και κίνησης του σώματος συνέπεσαν. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, η δύναμη κατευθύνεται υπό γωνία προς την κατεύθυνση του ταξιδιού. Εξετάστε ένα παράδειγμα: υπολογίστε την εργασία που κάνει ένα παιδί τραβώντας ένα έλκηθρο 25 μέτρα με ένα σχοινί που είναι 30 μοίρες από το οριζόντιο. Σε αυτήν την περίπτωση εργασία = δύναμη x συνημίτονο (θ) x απόσταση. Η γωνία θ είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης της δύναμης και της κατεύθυνσης της κίνησης.
8 Βρείτε τη συνολική εφαρμοζόμενη δύναμη. Στο παράδειγμά μας, ας πούμε ότι το παιδί ασκεί δύναμη ίση με 10 Ν.
- Εάν το πρόβλημα λέει ότι η δύναμη κατευθύνεται προς τα πάνω, ή προς τα δεξιά / αριστερά, ή η κατεύθυνσή της συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης του σώματος, τότε για να υπολογίσετε το έργο, απλά πολλαπλασιάστε τη δύναμη και την απόσταση.
9 Να υπολογίσετε την αντίστοιχη δύναμη. Στο παράδειγμά μας, μόνο ένα κλάσμα της συνολικής δύναμης τραβά το έλκηθρο προς τα εμπρός. Δεδομένου ότι το σχοινί κατευθύνεται προς τα πάνω (υπό γωνία προς την οριζόντια), ένα άλλο μέρος της συνολικής δύναμης προσπαθεί να σηκώσει το έλκηθρο. Επομένως, υπολογίστε τη δύναμη, η κατεύθυνση της οποίας συμπίπτει με την κατεύθυνση της κίνησης.
- Στο παράδειγμά μας, η γωνία θ (μεταξύ του εδάφους και του σχοινιού) είναι 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0.866. Βρείτε αυτήν την τιμή χρησιμοποιώντας μια αριθμομηχανή. ρυθμίστε τη μονάδα γωνίας στην αριθμομηχανή σε μοίρες.
- Πολλαπλασιάστε τη συνολική δύναμη με το cosθ. Στο παράδειγμά μας: 10 x 0,866 = 8,66 N - αυτή είναι μια δύναμη της οποίας η κατεύθυνση συμπίπτει με την κατεύθυνση της κίνησης.
10 Πολλαπλασιάστε την αντίστοιχη δύναμη με την απόσταση για να υπολογίσετε το έργο. Στο παράδειγμά μας: 8,66 (Η) x 20 (m) = 173,2 J.

Μέθοδος 2 από 5: Υπολογίστε την ενέργεια (J) από μια δεδομένη ισχύ (W)

1 Δύναμη και ενέργεια. Η ισχύς μετριέται σε watt (W) και περιγράφει τον ρυθμό μεταβολής, μετατροπής, μετάδοσης ή κατανάλωσης ενέργειας, ο οποίος μετράται σε joules (J).Για να υπολογίσετε την ενέργεια (J) για μια δεδομένη ισχύ (W), πρέπει να γνωρίζετε το χρονικό διάστημα.
2 Για να υπολογίσετε την ενέργεια (J), πολλαπλασιάστε την ισχύ (W) με το χρόνο (-ές). Μια συσκευή με ισχύ 1 W καταναλώνει 1 J ενέργειας για κάθε 1 δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε την ενέργεια που καταναλώνει ένας λαμπτήρας 60 W για 120 δευτερόλεπτα: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Αυτός ο τύπος ισχύει για κάθε ισχύ που μετριέται σε watt, αλλά χρησιμοποιείται συχνότερα σε εργασίες που αφορούν ηλεκτρική ενέργεια.

Μέθοδος 3 από 5: Υπολογισμός Κινητικής Ενέργειας (J)

1 Η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια της κίνησης. Μπορεί να εκφραστεί σε joules (J).
- Η κινητική ενέργεια ισοδυναμεί με την εργασία που επιτελείται για να επιταχύνει ένα στάσιμο σώμα σε μια ορισμένη ταχύτητα. Έχοντας φτάσει σε μια ορισμένη ταχύτητα, η κινητική ενέργεια του σώματος παραμένει σταθερή μέχρι να μετατραπεί σε θερμότητα (από τριβή), βαρυτική δυνητική ενέργεια (όταν κινούμαστε ενάντια στη βαρύτητα) ή σε άλλους τύπους ενέργειας.
2 Βρείτε το σωματικό σας βάρος. Για παράδειγμα, υπολογίστε την κινητική ενέργεια ενός ποδηλάτου και ενός ποδηλάτη. Ο ποδηλάτης ζυγίζει 50 κιλά και το ποδήλατο ζυγίζει 20 κιλά, που σημαίνει ότι το συνολικό βάρος του σώματος είναι 70 κιλά (θεωρήστε το ποδήλατο και τον ποδηλάτη ως ένα μόνο σώμα, καθώς θα κινούνται στην ίδια κατεύθυνση και στην ίδια ταχύτητα).
3 Υπολογίστε την ταχύτητα. Εάν στο πρόβλημα δίνεται ταχύτητα, προχωρήστε στο επόμενο βήμα. Διαφορετικά, υπολογίστε το χρησιμοποιώντας μία από τις παρακάτω μεθόδους. Σημειώστε ότι η κατεύθυνση της ταχύτητας είναι αμελητέα εδώ. Επιπλέον, ας υποθέσουμε ότι ο ποδηλάτης οδηγεί σε ευθεία γραμμή.
- Εάν ο ποδηλάτης οδηγούσε με σταθερή ταχύτητα (χωρίς επιτάχυνση), μετρήστε την απόσταση που διανύθηκε (m) και διαιρέστε την με τον (τους) χρόνο (-ους) που χρειάστηκε για να καλύψετε αυτήν την απόσταση. Αυτό θα σας δώσει μέση ταχύτητα.
- Εάν ο ποδηλάτης επιτάχυνε και η τιμή της επιτάχυνσης και της κατεύθυνσης της κίνησης δεν άλλαζε, τότε η ταχύτητα σε μια δεδομένη χρονική στιγμή t υπολογίζεται με τον τύπο: επιτάχυνση x t + αρχική ταχύτητα. Ο χρόνος μετράται σε δευτερόλεπτα, ταχύτητα σε m / s, επιτάχυνση σε m / s.
4 Συνδέστε τις τιμές στον τύπο. Κινητική ενέργεια = (1/2) mv, όπου m είναι μάζα, v είναι ταχύτητα. Για παράδειγμα, εάν η ταχύτητα ενός ποδηλάτη είναι 15 m / s, τότε η κινητική του ενέργεια 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
- Ο τύπος για τον υπολογισμό της κινητικής ενέργειας προέρχεται από τον ορισμό της εργασίας (W = FΔs) και την κινηματική εξίσωση (v = v₀ + 2αΔ, όπου Δs είναι η διανυθείσα απόσταση).

Μέθοδος 4 από 5: Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας (J)

1 Βρείτε τη μάζα του θερμαινόμενου σώματος. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε μια ζυγαριά ή μια κλίμακα ελατηρίου. Εάν το σώμα είναι υγρό, ζυγίστε πρώτα το άδειο δοχείο (στο οποίο θα ρίξετε το υγρό) για να βρείτε τη μάζα του. Αφού ζυγίσετε το υγρό, αφαιρέστε τη μάζα του άδειου δοχείου από αυτήν την τιμή για να βρείτε τη μάζα του υγρού. Για παράδειγμα, σκεφτείτε νερό βάρους 500 g.
- Για να μετρηθεί το αποτέλεσμα σε joules, η μάζα πρέπει να μετρηθεί σε γραμμάρια.
2 Βρείτε τη συγκεκριμένη θερμότητα του σώματος. Μπορεί να βρεθεί σε εγχειρίδιο χημείας, φυσικής ή στο διαδίκτυο. Η ειδική θερμική ικανότητα του νερού είναι 4,19 J / g.
- Η ειδική θερμότητα ποικίλλει ελαφρώς ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση. Για παράδειγμα, σε ορισμένες πηγές η ειδική θερμική ικανότητα νερού είναι 4,18 J / g (αφού διαφορετικές πηγές επιλέγουν διαφορετικές τιμές της "θερμοκρασίας αναφοράς").
- Η θερμοκρασία μπορεί να μετρηθεί σε βαθμούς Κέλβιν ή Κελσίου (αφού η διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκρασιών θα είναι η ίδια), αλλά όχι σε βαθμούς Φαρενάιτ.
3 Βρείτε την αρχική θερμοκρασία του σώματός σας. Εάν το σώμα είναι υγρό, χρησιμοποιήστε θερμόμετρο.
4 Θερμάνετε το σώμα και βρείτε την τελική του θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να βρείτε την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σώμα όταν θερμαίνεται.
- Εάν θέλετε να βρείτε τη συνολική ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα, θεωρήστε την αρχική θερμοκρασία του σώματος ως απόλυτο μηδέν (0 Κέλβιν ή -273,15 Κελσίου). Αυτό συνήθως δεν ισχύει.
5 Αφαιρέστε την αρχική θερμοκρασία του σώματος από τη θερμοκρασία τερματισμού για να βρείτε την αλλαγή στη θερμοκρασία του σώματος. Για παράδειγμα, το νερό θερμαίνεται από 15 βαθμούς Κελσίου έως 35 βαθμούς Κελσίου, δηλαδή η μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού είναι 20 βαθμοί Κελσίου.
6 Πολλαπλασιάστε το σωματικό βάρος, τη συγκεκριμένη θερμότητά του και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος. Τύπος: H = mcΔT, όπου ΔT είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας. Στο παράδειγμά μας: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Μερικές φορές η θερμότητα μετριέται σε θερμίδες ή χιλιοθερμίδες. Οι θερμίδες είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 γραμμαρίου νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. kilocalories είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας του 1 kg νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. Στο παραπάνω παράδειγμα, θα χρειάζονταν 10.000 θερμίδες ή 10 kcal για να αυξηθεί η θερμοκρασία των 500 γραμμαρίων νερού κατά 20 βαθμούς Κελσίου.

Μέθοδος 5 από 5: Υπολογισμός Ηλεκτρικής Ενέργειας (J)

1 Αυτό περιγράφει μια μέθοδο υπολογισμού της ροής ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Δίνεται ένα πρακτικό παράδειγμα βάσει του οποίου μπορεί κανείς να λύσει φυσικά προβλήματα. Αρχικά, ας υπολογίσουμε την ισχύ σύμφωνα με τον τύπο P = I x R, όπου I είναι η τρέχουσα ισχύς (A), R είναι η αντίσταση (Ohm). Θα βρείτε τη δύναμη (W) με την οποία μπορείτε να υπολογίσετε την ενέργεια (J) (δείτε δεύτερο κεφάλαιο).
2 Πάρτε μια αντίσταση. Η τιμή αντίστασης (Ohm) της αντίστασης υποδεικνύεται με έναν αριθμό ή μια χρωματική κωδικοποίηση. Μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε την αντίσταση της αντίστασης συνδέοντάς την με ωμόμετρο ή πολύμετρο. Για παράδειγμα, ας πάρουμε μια αντίσταση 10 ohm.
3 Συνδέστε την αντίσταση στην τρέχουσα πηγή. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε κλιπ κροκοδείλων ή μια πειραματική βάση με ηλεκτρικό κύκλωμα.
4 Περάστε ένα ρεύμα από το κύκλωμα για ορισμένο χρόνο. Για παράδειγμα, κάντε αυτό για 10 δευτερόλεπτα.
5 Προσδιορίστε το ρεύμα. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε αμπερόμετρο ή πολύμετρο. Για παράδειγμα, το ρεύμα είναι 100 mA = 0,1 Α.
6 Υπολογίστε την ισχύ (W) χρησιμοποιώντας τον τύπο P = I x R. Στο παράδειγμά μας: P = 0.1 x 10 = 0.01 x 10 = 0.1 W = 100 mW
7 Πολλαπλασιάστε τη δύναμη και το χρόνο για να βρείτε ενέργεια (J). Στο παράδειγμά μας: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Δεδομένου ότι το 1 joule είναι μια μικρή τιμή και η ισχύς των ηλεκτρικών συσκευών υποδεικνύεται σε watt, milliwatt και kilowatt, στον τομέα της κατοικίας και στον κοινόχρηστο τομέα, η ενέργεια συνήθως μετράται σε κιλοβατώρες. Εάν 1 W = 1 J / s, τότε 1 J = 1 W ∙ s. αν 1 kW = 1 kJ / s, τότε 1 kJ = 1 kW ∙ s. Από 1 h = 3600 s, τότε 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Συμβουλές

Στο SI, η ενέργεια και η εργασία μετρώνται επίσης σε ergs. 1 erg = 1 dyne (μονάδα μέτρησης δύναμης) x 1 εκ. 1 J = 10.000.000 erg.

Προειδοποιήσεις

Ο μετρητής joule και newton είναι μονάδες μέτρησης για την εργασία. Το Joules μετρά την ενέργεια και την εργασία που γίνεται όταν ένα σώμα κινείται σε ευθεία γραμμή. Εάν το σώμα περιστρέφεται, η μονάδα μέτρησης είναι το Newton-meter.