Joule hesapla

İçerik

Adım atmak
Yöntem 1/4: Çalışmayı joule cinsinden hesaplama
Yöntem 2/4: Joule cinsinden kinetik enerjinin hesaplanması
Yöntem 3/4: Joule'u elektrik enerjisi olarak hesaplama
Yöntem 4/4: Joule cinsinden ısının hesaplanması
İpuçları
Uyarılar
Gereklilikler

Adını İngiliz fizikçi James Edward Joule'den alan joule (J), Uluslararası Metrik Sistemin en önemli birimlerinden biridir. Joule bir iş, enerji ve ısı birimi olarak kullanılır ve bilimde yaygın olarak kullanılır. Cevabınızın joule cinsinden olmasını istiyorsanız, her zaman standart bilimsel birimleri kullanın.

Adım atmak

Yöntem 1/4: Çalışmayı joule cinsinden hesaplama

Emeğin tanımı. İş, bir nesneyi belirli bir mesafe hareket ettirmek için uygulanan sabit bir kuvvet olarak tanımlanır. Birden fazla kuvvet uygulanmazsa şu şekilde hesaplanabilir: güç X mesafe, ve joule birimlerinde yazılabilir ("Newton metre" ye eşdeğer). İlk örneğimizde yerden göğüs yüksekliğine kadar ağırlık eklemek isteyen bir kişiyi alıp o kişinin ne kadar iş yaptığını hesaplıyoruz.
- Kuvvet, hareket yönünde uygulanmalıdır. Bir nesneyi tutarken ve ileriye doğru yürürken, nesneyi hareket yönüne doğru itmediğiniz için nesne üzerinde hiçbir çalışma yapılmaz.
Taşınan nesnenin kütlesini belirleyin. Bir nesnenin kütlesi, onu hareket ettirmek için gereken kuvveti hesaplamak için gereklidir. Örneğimizde ağırlığın 10 kg kütleye sahip olduğunu belirtiyoruz.
- Standart olmayan pound veya diğer birimleri kullanmayın, aksi takdirde nihai cevap joule cinsinden olmayacaktır.
Kuvveti hesaplayın. Kuvvet = kütle x ivme. Örneğimizde, bir ağırlığı doğrudan yukarı kaldırmak, üstesinden gelmeye çalıştığımız ivme, aşağı doğru 9,8 m / s yer çekimine eşittir. Ağırlığı kaldırmak için gereken kuvveti (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newton (N) kullanarak hesaplayın.
- Nesne yatay olarak hareket ettirilirse, yerçekimi önemsizdir. Bunun yerine, problem sizi sürtünme direncinin üstesinden gelmek için gereken kuvveti hesaplamaya sevk edebilir. İtildiğinde cismin ivmesinin ne olduğu verilirse, verilen ivmeyi kütle ile çarpabilirsiniz.
Nesnenin hareket ettiği mesafeyi ölçün. Bu örnekte, ağırlığın 1,5 metre (m) kaldırıldığını varsayıyoruz. Mesafe metre cinsinden ölçülmelidir, aksi takdirde nihai cevap Joule cinsinden kaydedilemez.
Gücü mesafeyle çarpın. 98 Newton 1.5 metrelik bir ağırlığı kaldırmak için 98 x 1.5 = 147 Joule iş yapmanız gerekecek.
Açılı hareket eden nesneler için emeği hesaplayın. Yukarıdaki örneğimiz basitti: Birisi nesneye yukarı doğru bir kuvvet uyguladı ve nesne yukarı çıktı. Bazen kuvvetin yönü ve nesnenin hareketi tam olarak aynı değildir, çünkü nesneye birden fazla kuvvet etki eder. Aşağıdaki örnekte, kızağa bağlı bir ipi yataya 30º açıyla çekerek bir kızağı karda 25 metre sürüklemek için kaç Joule gerektiğini hesaplayacağız. Aşağıdakiler geçerlidir: iş = kuvvet x cos (θ) x mesafe. "Sembol" Yunanca "teta" harfidir ve kuvvetin yönü ile hareketin yönü arasındaki açıyı temsil eder.
Uygulanan toplam kuvveti belirleyin. Bu problemde birisinin ipi 10 Newton'luk bir kuvvetle çektiğini söylüyoruz.
- "Sağa", "yukarı" veya "hareket yönünde" kuvvet zaten verilmişse, "kuvvet x cos (") "hesaplandığı gibidir ve değerleri çarpmaya devam edebilirsiniz.
İlgili kuvveti hesaplayın. Kuvvetin yalnızca bir kısmı arabayı ileri doğru çeker. Halat belli bir açıyla yukarıda olduğu için kalan kuvvet, yerçekimine karşı koyarak arabayı yukarı kaldırmaya çalışır. Hareket yönündeki kuvveti hesaplayın:
- Örneğimizde, zemin ile ip arasındaki θ açısı 30º'dir.
- Cos (θ) hesaplayın. cos (30º) = (√3) / 2 = yaklaşık 0.866. Bu değeri bulmak için bir hesap makinesi kullanabilirsiniz, ancak hesap makinenizin açının belirtildiği doğru birimi (derece veya radyan) kullandığından emin olun.
- Toplam kuvvet x cos (θ) ile çarpın. Örneğimizde hareket yönünde 10N x 0.866 = 8.66 N.
X mesafeyi çarpın. Artık hareket yönünde ne kadar kuvvet uygulandığını bildiğimize göre, işi her zamanki gibi hesaplayabiliriz. Sorunumuz bize arabanın 20 metre ileriye çekildiğini söylüyor, bu yüzden 8.66 N x 20 m = 173.2 joule iş hesaplıyoruz.

Yöntem 2/4: Joule cinsinden kinetik enerjinin hesaplanması

Bazı kinetik enerjiyi anlayın. Kinetik enerji, hareket halindeki enerji miktarıdır. Herhangi bir enerji türünde olduğu gibi, Joule cinsinden ifade edilebilir.
- Kinetik enerji, sabit bir nesneyi belirli bir hıza çıkarmak için yapılan iş miktarına eşittir. Bu hıza ulaşıldığında, nesne, o enerji ısıya (sürtünme ile), yerçekimine (yerçekimine karşı giderek) veya diğer enerji türlerine dönüştürülene kadar bu miktarda kinetik enerjiyi tutar.
Nesnenin kütlesini belirleyin. Örneğin, bir bisikletin ve bisikletlinin kinetik enerjisini ölçebiliriz. Bisikletçinin kütlesi 50 kg ve bisikletin kütlesi 20 kg olsun. Bu toplam bir kütleye eklenir m 70 kg. Şimdi onları aynı hızda birlikte hareket ettikleri için 70 kg'lık 1 obje olarak ele alabiliriz.
Hızı hesaplayın. Bisikletçinin hızını veya vektör hızını zaten biliyorsanız, not alın ve devam edin. Hala bunu hesaplamanız gerekiyorsa, aşağıdaki yöntemlerden birini kullanın. Bu, vektör hızıyla değil (belirli bir yöndeki hızdır), harf genellikle v hız için kullanılır. Bisikletçinin yaptığı dönüşleri göz ardı edin ve tüm mesafenin düz bir çizgide olduğunu hayal edin.
- Bisikletçi sabit bir hızda hareket ediyorsa (hızlanma yok), bisikletçinin kat ettiği mesafeyi ölçün ve bu mesafeyi kat etmesi için geçen saniye sayısına bölün. Bu, bu senaryoda herhangi bir andaki hız ile aynı olan ortalama hızı hesaplar.
- Bisikletçi sabit bir ivmeyle hareket ediyorsa ve yön değiştirmiyorsa, o andaki hızını hesaplayın. t formülün hızı (t zamanı) = (ivme) (t) + başlangıç hızı. Zaman saniye cinsindendir, hız metre / saniye cinsindendir ve ivme m / sn cinsindendir.
Aşağıdaki formüle aşağıdaki sayıları girin. Kinetik enerji = (1/2)m "v. Örneğin, bisikletçi 15 m / s hızla hareket ediyorsa, kinetik enerjisi K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton metre = 7875 joule.
- Kinetik enerji için formül, işin tanımından, W = FΔs ve v = v denkleminden türetilebilir.₀ + 2aΔs. Δs, "yer değiştirme" veya aynı zamanda kat edilen mesafeyi ifade eder.

Yöntem 3/4: Joule'u elektrik enerjisi olarak hesaplama

Güç x zamanı kullanarak enerjiyi hesaplayın. Güç, birim zamanda tüketilen enerji olarak tanımlanır, böylece tüketilen enerjiyi güç çarpı zaman birimi ile hesaplayabiliriz. Bu, gücü watt cinsinden ölçerken kullanışlıdır, çünkü 1 watt = 1 Joule / saniye. 60W akkor ampulün 120 saniyede ne kadar enerji kullandığını bulmak için, aşağıdakileri çarpın: (60 watt) x (120 saniye) = 7200 joule.
- Bu formül, watt cinsinden ölçülen her tür güç için kullanılabilir, ancak elektrik en bariz olanıdır.
Bir elektrik devresindeki enerji akışını hesaplamak için aşağıdaki adımları kullanın. Aşağıdaki adımlar pratik bir örnek olarak özetlenmiştir, ancak bu yöntemi teorik fizik problemlerini anlamak için de kullanabilirsiniz. İlk olarak, P = I x R formülünü kullanarak P gücünü hesaplıyoruz, burada I amper cinsinden akım ve R, ohm cinsinden dirençtir. Bu birimler bize gücü watt cinsinden verir, bu nedenle bu noktadan itibaren enerjiyi joule cinsinden hesaplamak için önceki adımda kullanılan formülü uygulayabiliriz.
Bir direnç seçin. Dirençler, değerleri doğrudan direnç üzerinde veya bir dizi renkli halka ile belirtilerek ohm cinsinden belirtilir. Direnci bir ohmmetre veya multimetre ile de test edebilirsiniz. Bu örnekte, kullandığımız direncin 10 ohm olduğunu varsayıyoruz.
Direnci bir enerji kaynağına (pil) bağlayın. Bunun için kelepçeler kullanın veya direnci bir test devresine yerleştirin.
Belirli bir süre boyunca bir akımın içinden akmasına izin verin. Bu örnekte zaman birimi olarak 10 saniye alıyoruz.
Akımın gücünü ölçün. Bunu bir akış ölçer veya multimetre ile yaparsınız. Çoğu ev akımı miliamper cinsindendir, bu nedenle akımın 100 miliamper veya 0.1 amper olduğunu varsayıyoruz.
P = I x R formülünü kullanın. Şimdi gücü bulmak için akımın kare gücünü dirençle çarparsınız. Bu size bu devrenin gücünü watt cinsinden verir. 0.1'in karesi 0.01 verir. Bunu 10 ile çarptığınızda 0,1 watt veya 100 miliwatt çıkış gücü elde edersiniz.
Gücü geçen zamanla çarpın. Bu, enerjiyi joule cinsinden sağlar. 0.1 watt x 10 saniye, 1 joule elektrik enerjisine eşittir.
- Joule küçük bir birim olduğundan ve cihazların enerji tüketimi genellikle watt, miliwatt ve kilowatt olarak gösterildiğinden, bir cihaz tarafından tüketilen kWh (kilovat saat) sayısını hesaplamak genellikle daha uygundur. 1 watt saniyede 1 joule veya 1 joule 1 watt saniyeye eşittir; bir kilovat saniyede 1 kilojule eşittir ve bir kilojul 1 kilovat saniyeye eşittir. Bir saatte 3.600 saniye vardır, yani 1 kilovat-saat 3.600 kilovat-saniye, 3.600 kilojul veya 3.600.000 joule'ye eşittir.

Yöntem 4/4: Joule cinsinden ısının hesaplanması

Isının eklendiği nesnenin kütlesini belirleyin. Bunun için bir terazi veya tartı kullanın. Nesne sıvı ise önce sıvının gireceği boş kabı tartın. Sıvının kütlesini bulmak için bunu kabın ve sıvının kütlesinden çıkarmanız gerekecek. Bu örnekte nesnenin 500 gram su olduğunu varsayıyoruz.
- Başka bir birim değil gram kullanın, aksi takdirde sonuç Joule cinsinden verilmeyecektir.
Nesnenin özgül ısısını belirleyin. Bu bilgiler binas kimya referans kitaplarında bulunabilir, ancak çevrimiçi olarak da bulabilirsiniz. Bu su için özgül ısıdır c her Santigrat derece için gram başına 4,19 joule'e eşittir - veya çok hassas olmak istiyorsanız 4,1855.
- Özgül ısı, sıcaklık ve basınca bağlı olarak biraz değişir. Farklı kuruluşlar ve ders kitapları farklı "standart sıcaklıklar" kullanır, bu nedenle suyun özgül ısısını 4.179'a kadar bulabilirsiniz.
- Celsius yerine Kelvin'i de kullanabilirsiniz, çünkü 1 derece her iki tabak için de aynıdır (3ºC'de bir şeyi ısıtmak 3 Kelvin ile aynıdır). Fahrenheit kullanmayın, aksi takdirde sonuç Joule cinsinden verilmeyecektir.
Nesnenin mevcut sıcaklığını belirleyin. Nesne bir sıvı ise, normal (cıva) bir termometre kullanabilirsiniz. Diğer nesneler için sondalı bir termometreye ihtiyacınız olabilir.
Nesneyi ısıtın ve sıcaklığı tekrar ölçün. Bu, ısıtma sırasında bir nesneye eklenen ısı miktarını ölçmenize olanak tanır.
- Isı biçiminde depolanan toplam enerji miktarını bilmek istiyorsanız, başlangıç sıcaklığının mutlak sıfır olduğunu varsayabilirsiniz: 0 Kelvin veya -273,15ºC.
Orijinal sıcaklığı ısıtmadan sonra sıcaklıktan çıkarın. Bu, sonuca nesnenin sıcaklığındaki değişikliği verir. Suyun başlangıçta 15 santigrat derece olduğu ve ısıtıldıktan sonra 35 santigrat derece olduğu varsayıldığında, sıcaklıktaki değişim bu nedenle 20 santigrat derecedir.
Nesnenin kütlesini özgül ısı ve sıcaklık değişimiyle çarpın. Bu formülü H = olarak yazarsınız.mcΔT.ΔT, "sıcaklıktaki değişimi" temsil eder. Bu örnekte bu, 500g x 4.19 x 20 = 41.900 joule olur.
- Isı genellikle kalori veya kilokalori olarak ifade edilir. Bir kalori, 1 gram suyu 1 derece Santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarı olarak tanımlanırken, bir kilokalori (veya Kalori) 1 kilogram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece artırmak için gereken ısı miktarıdır. . Yukarıdaki örnekte, 500 gram suyun sıcaklığını 20 santigrat derece yükseltmek, 10.000 kalori veya 10 kilokalori gerektirir.

İpuçları

Joule ile ilgili olarak erg adı verilen başka bir iş ve enerji birimi; 1 erg eşittir 1 dyne kuvvet çarpı 1 cm'lik bir mesafe. Bir joule, 10.000.000 erg'e eşittir.

Uyarılar

"Joule" ve "newton metre" terimleri aynı birimi ifade etse de, pratikte "joule", yukarıdaki merdiven çıkma örneğinde olduğu gibi, herhangi bir enerji biçimini ve düz bir çizgide gerçekleştirilen işi belirtmek için kullanılır. Torku (dönen bir nesneye etki eden kuvvet) hesaplamak için kullanıldığında, "Newton metre" terimini tercih ederiz.