İçerik

• Formüller
• adımlar
• İpuçları
• Uyarılar
• Gerekli malzemeler

İngiliz fizikçi James Edward Joule'nin adını taşıyan joule (J), uluslararası metrik sistemin temel birimlerinden biridir. Joule, bilimsel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmasının yanı sıra bir iş, enerji ve ısı birimi olarak kullanılmaktadır. Joule cinsinden yanıt almak için her zaman standart bilimsel birimleri kullanın. "Foot-pound" veya "İngiliz termal birimi" bazı alanlarda hala kullanılmaktadır, ancak fizik ödevinizde görünmemektedir.

Formüller

Joule bir enerji birimidir. İşte enerji hesaplaması gerektiren en yaygın durumlar için formüller. Her formülün altında listelenen birimleri kullandığınız sürece, cevabınız Joule cinsinden olacaktır.

• İş = Kuvvet x Mesafe
  • → joule = newton x metre
• Enerji = Güç x Zaman
  • → joule = watt x saniye
• Kinetik Enerji = 1/2 x Kütle x Hız ^ 2
  • → joule = 1/2 x kilo x ({metre} / {saniye}) ^ 2
• Sıcaklık Değişimi = Kütle x Özgül Isı Kapasitesi x Sıcaklık Değişimi
  • → joule = gram x ç x ΔT
  • T = ° C veya Kelvin cinsinden sıcaklık
  • Özgül ısı kapasitesi ç ısıtılmış malzemeye bağlıdır. Birimleriniz /_gramsºC.
• Elektrik Enerjisi = Güç x Zaman = Akım ^ 2 x Direnç x Zaman
  • → joule = watt x saniye = amper ^ 2 x ohm x saniye

adımlar

Yöntem 1/5: Joule cinsinden İşin Hesaplanması

1. 

   
   
   Fizikte işin ne anlama geldiğini anlayın. Örneğin, bir odaya bir kutu ittiğinizde çalışırsınız. Aynısı onu kaldırdığınızda da geçerlidir. "İş" kavramının iki önemli niteliği vardır:
   • Sabit güç uyguluyorsunuz.
   • Kuvvet, nesneyi ona doğru hareket ettiriyor.

2. 

   
   
   İşi tanımlayın. İşi hesaplamak kolaydır. Kat edilen mesafenin kullandığı kuvvet miktarını çarpın. Normalde, bilim adamları kuvveti Newton cinsinden ve mesafeyi metre cinsinden ölçer. Bu tür birimleri kullanırken, cevap Joule üzerinde çalışacaktır.
   • İşle ilgili bir problem okuduğunuzda, durun ve kuvvetin nerede uygulandığını düşünün. Bir kutuyu kaldırdığınızda, onu yukarı itersiniz: bu durumda mesafe, ne kadar yükseğe ulaştığını içerir. Bununla birlikte, kutuyu taşıyarak ileri doğru yürürseniz, daha fazla iş gerekmez. Sonuçta, eğer kutuyu tutmaya devam ederseniz, düşmesini engellerseniz, artık yukarı doğru hareket etmeyecektir.

3. 

   
   
   Taşınan nesnenin kütlesini bulun. Bir nesnenin kütlesi, onu hareket ettirmek için gerekli kuvveti hesaplamak için gereklidir. Örneğimizde, ağırlığın 10 kilogramlık (kg) bir kütleye sahip olduğunu varsayalım.
   • Pound veya diğer standart olmayan birimleri kullanmaktan kaçının, aksi takdirde nihai cevap joule cinsinden olmayacaktır.

4. 

   Gücü hesaplayın. Kuvvet = kütle x ivme. Örneğimizde, bir ağırlığı kaldırırken, karşı olduğumuz ivme, normal koşullar altında nesneleri 9,8 metre / saniye hızla aşağıya doğru hızlandıran yerçekiminden kaynaklanmaktadır. Ağırlığımızı yukarı taşımak için gereken kuvveti (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 newton (N) ile çarparak hesaplayın.
   • Nesne yatay olarak hareket ettiriliyorsa, yerçekimi önemsizdir. Sorun sizden sürtünmenin üstesinden gelmek için gereken kuvveti hesaplamanızı isteyebilir. Sorun, itildiğinde nesnenin ivmesini bildirirse, ivmeyi kütle ile çarpabilirsiniz.

5. 

   Nesnenin hareket ettiği mesafeyi ölçün. Örneğin ağırlık 1.5 metre (m) kaldırılıyor diyelim. Mesafe metre cinsinden ölçülmelidir, aksi takdirde nihai cevap joule cinsinden ifade edilmeyecektir.

6. 

   Gücü mesafeyle çarpın. 1,5 metrede 98 newtonluk bir ağırlık kaldırmak için 98 x 1,5 = 147 jul iş yapmanız gerekecektir.

7. 

   Bir açıyla hareket ettirilen nesnelerin işini hesaplayın. Yukarıdaki örneğimiz basitti: Birisi nesneye yukarı doğru bir kuvvet uyguladı ve nesne yukarı doğru hareket etti. Bazen, nesneye etki eden çeşitli kuvvetler nedeniyle, kuvvetin yönü ve nesnenin hareketi aynı değildir. Bir sonraki örnekte, bir erkek çocuğun bir kızağı 25 metrelik pürüzsüz bir yüzey boyunca 30 ° açıyla bir iple yukarı doğru çekerek sürüklemesi için gereken joule miktarını hesaplayacağız. Bu senaryoda, iş = kuvvet x kosinüs (θ) x mesafe. Θ sembolü Yunanca "teta" harfidir ve kuvvetin yönü ile hareketin yönü arasındaki açıyı tanımlar.

8. 

   Uygulanan toplam gücü keşfedin. Bu problemde diyelim ki çocuk ipi 10 newton kuvvetle çekiyor.
   • Eğer problem "sağa kuvvet", "yukarı doğru kuvvet" veya "hareket yönünde kuvvet" sağlıyorsa, bu problemin "kuvvet x kosinüs (θ)" kısmının zaten hesaplanmış olduğu anlamına gelir ve geçebilirsiniz değerleri çarpmak için

9. 

   İlgili kuvveti hesaplayın. Kuvvetin sadece bir kısmı kızağı ileri itiyor. Halat yukarı doğru açılı olduğundan, kuvvetin geri kalanı kızağı yer çekimine karşı yukarı doğru iter. Hareket yönünde uygulanan kuvveti hesaplayın:
   • Örnekte, düz kar ile ip arasındaki θ açısı 30º'dir.
   • Cos (θ) X cos (30º) = (√3) / 2 = yaklaşık 0.866 hesaplayın. Bu değeri bulmak için bir hesap makinesi kullanabilirsiniz, ancak hesap makinesinin açı ölçümüyle (derece veya radyan) aynı birime ayarlandığından emin olun.
   • Toplam kuvvet x cos (θ) ile çarpın. Örnekte, hareket yönünde 10 N x 0.866 = 8.66 N kuvvet.

10. 

    Güç x mesafeyi çarpın. Artık hareket yönünde gerçekte ne kadar kuvvet uygulandığını bildiğimize göre, işi her zaman yaptığımız gibi hesaplayabiliriz. Sorunumuz, kızağın 20 metre ileri gittiğini bildiriyor, bu nedenle 8.66 N x 20 m = 173.2 çalışma joule değerini hesaplayın.

Yöntem 2/5: Watt Joule Hesaplama

1. 

   Gücü ve enerjiyi anlayın. Watt, "gücün" veya enerjinin zaman içinde ne kadar hızlı kullanıldığının bir ölçüsüdür. Joule, "enerji" nin bir ölçüsüdür. Watt'tan joule'a dönüştürmek için bir zaman aralığı belirlemeniz gerekir. Bir akım ne kadar çok akarsa, o kadar fazla enerji kullanılır.

2. 

   Joule elde etmek için saniyede watt'ı çarpın. 1 Watt'lık bir cihaz saniyede 1 Joule enerji tüketir. Watt sayısını saniye sayısıyla çarparsanız, sonuç olarak joule elde edersiniz. 60W lambanın 120 saniyede ne kadar enerji tükettiğini bulmak için, (60 watt) x (120 saniye) = 7200 Joule çarpın.
   • Bu formül, watt cinsinden ölçülen her tür güç için uygundur, ancak genellikle elektriği ölçmek için kullanılır.

Yöntem 3/5: Joule cinsinden kinetik enerjinin hesaplanması

1. 

   Kinetik enerjinin ne olduğunu anlayın. Kinetik enerji, hareket şeklindeki enerji miktarıdır. Herhangi bir enerji birimi gibi, joule birimi ile ifade edilebilir.
   • Kinetik enerji, belirli bir hızda duran bir nesneyi hızlandırmak için yapılan iş miktarına eşittir. Nesne bu hıza ulaştığında, kinetik enerji miktarını ısıya (sürtünmeden), yerçekimsel potansiyel enerjiye (yerçekimine karşı hareketten) veya diğer enerji türlerine dönüşene kadar tutacaktır.

2. 

   Nesnenin kütlesini keşfedin. Örneğin, bir bisikletin ve bir bisikletçinin kinetik enerjisini ölçebiliriz. Diyelim ki bisikletçinin kütlesi 50 kg ve bisikletin kütlesi 20 kg. m 70 kg. Aynı hızda birlikte hareket edecekleri için onlara 70 kg'lık bir cisim gibi davranabiliriz.

3. 

   Ne kadar hızlı olduğunu hesapla. Bisikletçinin hızını veya hızını zaten biliyorsanız, not alın ve devam edin. Hesaplamanız gerekiyorsa, aşağıdaki yöntemlerden birini kullanın. Hızla değil, hızla (belirli bir yöndeki hızdır) ilgilendiğimizi unutmayın. v sıklıkla kullanılır. Bisikletçinin yaptığı herhangi bir virajı görmezden gelin ve kat edilen tüm mesafenin düz bir çizgi olduğunu varsayın.
   • Bisikletçi sabit bir hızda hareket ettiyse (hızlanmadıysa), bisikletçinin kat ettiği mesafeyi metre cinsinden ölçün ve bu mesafeyi kat etmek için gereken saniye sayısına bölün. Bu hesaplama, bu senaryoda herhangi bir zamandaki hıza eşit olan ortalama hızı sağlar.
   • Bisikletçi sabit ivmeyle hareket ediyorsa ve yön değiştirmiyorsa, zaman içindeki hızını hesaplayın t "Zamanda hız t = (ivme) (t) + başlangıç ​​hızı. Zamanı ölçmek için saniye, hızı ölçmek için metre / saniye ve ivmeyi ölçmek için m / s kullanın.

4. 

   Bu sayıları aşağıdaki formüle girin: Kinetik enerji = (1/2)m ’v. Örneğin, bisikletçi 15 m / s'de 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 formülü iş tanımından, W = FΔs ve kinetik denklem v = v'den türetilebilir.₀ + 2aΔs. Δs, "pozisyon değişikliği" veya kat edilen mesafe anlamına gelir.

Yöntem 4/5: Joule cinsinden ısının hesaplanması

1. 

   Isınan nesnenin kütlesini keşfedin. Bir terazi veya yaylı terazi kullanın. Nesne sıvı ise, önce boş sıvı kabını tartın ve kütlesini bulun. Sıvının kütlesini bulmak için bu değeri kabın kütlesinden ve sıvıdan birlikte çıkarmanız gerekecektir. Bu örnekte nesnede 500 gram su olduğunu varsayalım.
   • Başka bir birim değil gram kullanın, aksi takdirde sonuç joule cinsinden olmaz. Büyük nesneler için,

2. 

   Nesnenin özgül ısı kapasitesini keşfedin. Bu bilgiler bir kimya referansında, bir kitapta veya bir web sitesinde bulunabilir. Su için özgül ısı kapasitesi ç Her Santigrat derece ısıtma için gram başına 4,19 joule veya çok kesin olmanız gerekiyorsa 4,1855.
   • Özgül ısı kapasitesi, sıcaklık ve basınca bağlı olarak biraz değişir. Farklı kuruluşlar ve kitaplar farklı "standart sıcaklıklar" kullanır, bu nedenle suyun özgül ısı kapasitesini 4.179 olarak listelenmiş olarak bulabilirsiniz.
   • Sıcaklık farkı iki ünitede aynı olduğu için Santigrat yerine Kelvin ölçeğini kullanabilirsiniz (3ºC bir şeyi ısıtmak 3 Kelvin ısıtmakla aynıdır). Fahrenheit ölçeğini kullanmayın, aksi takdirde sonuç joule cinsinden olmayacaktır.

3. 

   Nesnenin mevcut sıcaklığını bulun. Nesne bir sıvı ise, bir ampul termometresi kullanabilirsiniz. Bazı nesneler için bir prob termometresine ihtiyacınız olabilir.

4. 

   Nesneyi ısıtın ve sıcaklığı tekrar ölçün. Böylece, ısıtma sırasında nesneye ne kadar ısı eklendiğini ölçebilirsiniz.
   • Isı biçiminde depolanan toplam enerji miktarını ölçmek istiyorsanız, başlangıç ​​sıcaklığının mutlak sıfır olduğunu varsayalım: 0 Kelvin veya -273,15 ° C Bu önlem genellikle kullanışlı değildir.

5. 

   Orijinal sıcaklığı ısıtılmış sıcaklıktan çıkarın. Bu hesaplama, nesnedeki sıcaklık derecelerindeki değişikliği üretecektir. Suyun başlangıçta 15 santigrat derece olduğunu ve 35 santigrat dereceye kadar ısıtıldığını varsayarsak, sıcaklık değişimi 20 santigrat derece olacaktır.

6. 

   Nesnenin kütlesini özgül ısı kapasitesi ve sıcaklık değişim değeri ile çarpın. Bu formül H = olarak ifade edilir mcΔT, ΔT "sıcaklık değişimi" anlamına gelir. Bu örnekte, 500g x 4.19 x 20 veya 41.900 joule olacaktır.
   • Isı genellikle metrik sistemde kalori veya kilokalori cinsinden ifade edilir. Kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece artırmak için gereken ısı miktarı olarak tanımlanırken, kilokalori, 1 kilogram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece artırmak için gereken ısı miktarıdır. Yukarıdaki örnekte, 500 gram suyu 20 santigrat derece yükseltmek, 10.000 kalori veya 10 kilokalori harcar.

Yöntem 5/5: Joule'ü elektrik olarak hesaplama

1. 

   Bir elektrik devresindeki enerji akışını hesaplamak için aşağıdaki adımları kullanın. Aşağıdaki adımlar pratik bir örnektir, ancak yöntemi fiziksel sorunları anlamak için de kullanabilirsiniz. İlk olarak, P = I x R formülünü kullanarak P gücünü hesaplayacağız, burada I amper (amper) cinsinden akım ve R, ohm cinsinden dirençtir. Bu birimler watt cinsinden güç sağlar, bu nedenle oradan, enerjiyi joule cinsinden hesaplamak için önceki adımdaki formülü kullanabiliriz.

2. 

   Bir direnç seçin. Dirençler, ohm cinsinden derecelendirilir, derecelendirme doğrudan etiketle veya bir dizi renkli bantla gösterilir.Bir direncin direncini bir ohm metre veya multimetreye bağlayarak da test edebilirsiniz. Bu örnekte 10 ohm'luk bir direnç kullanacağız.

3. 

   Direnci bir akım kaynağına bağlayın. Telleri dirence fahnestock veya timsah klipsleri ile bağlayın veya direnci bir test kartına bağlayın.

4. 

   Belirli bir süre boyunca devreden bir akım geçirin. Bu örnekte 10 saniyelik bir periyot kullanacağız.

5. 

   Zincirin gücünü ölçün. Bunu bir ampermetre veya multimetre ile yapın. Çoğu hanedeki akım miliamper veya amperin binde biri kadardır, bu nedenle akımın 100 miliamper veya 0.1 amper olduğunu varsayalım.

6. 

   P = I x R formülünü kullanın. Gücü bulmak için akımın karesini dirençle çarpın. Bu hesaplama, watt cinsinden güç çıkışı ile sonuçlanır. 0,1'in karesi 0,01'dir ve 10 ile çarpıldığında 0,1 watt veya 100 miliwatt güç çıkışı elde edilir.

7. 

   Gücü geçen zamanla çarpın. Bu hesaplama joule cinsinden enerji çıktısını sağlar: 0.1 watt x 10 saniye, 1 joule elektrik enerjisine eşittir.
   • Joule küçük birimler olduğundan ve elektrikli cihazlar çalıştıkları gücü belirtmek için genellikle watt, miliwatt ve kilowatt kullandıklarından, enerji şirketleri güç çıkışını kilovat saat cinsinden ölçer. Bir 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 olduğu için, 1 kilovat-saat 3.600 kilovat-saniye, 3.600 kilojoule veya 3.600.000 joule'ye eşittir.

İpuçları

• Erg denilen joule ile ilgili başka bir metrik iş ve enerji birimi vardır; 1 erg eşittir 1 kuvvet dyne çarpı 1 cm mesafedir. Bir joule 10,000,000 erg'e eşittir.

Uyarılar

• "Joule" ve "newton-metro" terimleri aynı birimi tanımlasa da, pratikte "joule", herhangi bir enerji biçimini temsil etmek için ve yukarıdaki bir uçuşu çalıştırma örneğinde olduğu gibi düz bir çizgide gerçekleştirilen iş için kullanılır. merdivenler. Torku ölçmek için, bir nesnenin dönüşünde kuvvet uygulaması, "newton-metre" terimi tercih edilir.

Gerekli malzemeler

İş veya kinetik enerji:

• Kronometre
• Denge
• Kosinüs fonksiyonlu hesap makinesi (sadece iş için, her zaman gerekli değildir)

Elektrik:

• rezistans
• Teller veya test çerçevesi
• Multimetre (veya ayrı ohmmetre ve ampermetre)
• Fahnestock veya timsah klipleri

Sıcaklık:

• Isıtılacak nesne
• Isı kaynağı (Bunsen brülörü gibi)
• Termometre (ampul veya prob termometresi)
• Kimyasal referans kitabı (ısıtılmakta olan nesnenin özgül ısı kapasitesini bulmak için)