Briti füüsiku James Edward Joule'i järgi nimetatud džaul (J) on rahvusvahelise meetrilise süsteemi üks põhiühikuid. Džoule kasutatakse töö, energia ja soojuse ühikuna ning seda kasutatakse laialdaselt teaduslikes rakendustes. Kui soovite oma vastust džaulides, kasutage alati standardseid teaduslikke ühikuid. Jala-naela ehk Briti soojusühikut (BTU) kasutatakse mõnes valdkonnas endiselt, kuid mitte füüsika kodutöödes.
Samm
Meetod 1 /5: töö arvutamine džaulides
Samm 1. Mõistke füüsika tööd
Kui lükkate kasti läbi toa, olete pingutanud. Kui kasti üles tõstate, olete ka pingutanud. Ettevõttes peab olema kaks olulist kriteeriumi:
- Pakute püsivat stiili.
- See jõud paneb objektid liikuma jõuga samas suunas.
Samm 2. Mõista ettevõtte määratlust
Pingutusi on lihtne arvutada. Lihtsalt korrutage jõu hulk ja objekti läbitud kogupikkus. Tavaliselt väljendavad teadlased jõudu njuutonites ja kaugust meetrites. Kui kasutate mõlemat ühikut, on tulemuseks tööühik Joules.
Kui loete äriteemalist küsimust, peatuge ja mõelge, kus see stiil on. Kui tõstate kasti, lükkate selle üles, nii et kast liigub üles. Niisiis, kasti läbitud vahemaa on see, kui kõrgele see on tõusnud. Kuid kui järgmine kord kastiga edasi kõnnite, ei tehta selles protsessis pingutusi. Isegi kui surute kasti endiselt üles, et see ei kukuks, ei liigu see enam üles
Samm 3. Leidke nihutatava objekti mass
Selle liigutamiseks vajaliku jõu arvutamiseks on vaja objekti massi. Meie näites oletame, et koorma mass on 10 kilogrammi (kg).
Vältige naela või muude mittestandardsete ühikute kasutamist, vastasel juhul ei tule teie lõplik vastus džaulides
Samm 4. Arvutage stiil
Jõud = mass x kiirendus. Meie näites, tõstes kaalu otse üles, on meie kiirendus tingitud raskusjõust, mis tavaolukorras kiirendab objekti allapoole kiirusega 9,8 meetrit sekundis.2. Arvutage koormuse ülespoole liigutamiseks vajalik jõud, korrutades (10 kg) x (9,8 m/s)2) = 98 kg m/s2 = 98 njuutonit (N).
Kui objekti liigutatakse horisontaalselt, ei mõjuta gravitatsioon. Probleem võib paluda teil arvutada hõõrdumise vastupanu jaoks vajalik jõud. Kui probleem ütleb objekti kiirendamise selle surumise ajal, saate teadaoleva kiirenduse korrutada selle massiga
Samm 5. Mõõda läbitud nihe
Selle näite puhul oletame, et koorem tõstetakse 1,5 meetri (m) kõrgusele. Nihet tuleb mõõta meetrites, vastasel juhul ei saa teie lõplikku vastust džaulides.
Samm 6. Korrutage jõud nihkega
Et tõsta 98 njuutonist raskust 1,5 meetri kõrgusele, peate tegema 98 x 1,5 = 147 džauli tööd.
Samm 7. Arvutage objekti teatud nurga all liigutamiseks tehtud töö
Meie ülaltoodud näide on lihtne: keegi avaldab objektile edasiliikuvat jõudu ja objekt liigub edasi. Mõnikord ei ole jõu suund ja objekti liikumine sama, sest objektile mõjub mitu jõudu. Järgmises näites arvutame džaulide arvu, mida lapsel on vaja kelku 25 meetrit läbi lameda lume tõmmata, tõmmates köit 30 ° nurga all üles. Selle probleemi puhul töö = jõud x koosinus (θ) x nihe. Sümbol on kreeka täht teeta ja kirjeldab jõusuuna ja liikumissuuna vahelist nurka.
Samm 8. Leidke kogu rakendatav jõud
Oletame, et laps tõmbab nööri 10 njuutoniga.
Kui probleem avaldab jõudu paremale, ülespoole suunatud jõudu või jõudu liikumissuunas, siis need jõud moodustavad juba jõu x -koosinuse (θ) osa ja saate edasi minna ning jätkata väärtuste korrutamist
Samm 9. Arvutage vastav jõud
Vaid mõned stiilid tõmbavad kelgu ette. Kui nöör näitab ülespoole, üritab teine jõud seda üles tõmmata, tõmmates seda gravitatsiooni vastu. Arvutage liikumissuunas avaldatav jõud:
- Meie näites on nurk lameda lume ja köie vahel 30º.
- Arvutage cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = ligikaudu 0,866. Selle väärtuse leidmiseks võite kasutada kalkulaatorit, kuid veenduge, et kalkulaator kasutab samu ühikuid nagu nurga mõõtmine (kraadi või radiaani).
- Korrutage kogu jõud x cos (θ). Meie näites 10 N x 0,866 = 8,66 jõudu liikumissuunas.
Samm 10. Korrutage jõud x nihe
Nüüd, kui me teame jõudu, mis liigub liikumissuunas, saame tööd arvutada nagu tavaliselt. Meie probleem ütleb meile, et kelk liigub 20 meetrit edasi, seega arvutage 8,66 N x 20 m = 173,2 džauli tööd.
Meetod 2/5: džaulide arvutamine vattidest
Samm 1. Mõistke jõudu ja energiat
Vatt on võimsuse või energiatarbimise ühik (energia jagatud ajaga). Kuigi Joule on energiaühik. Wattide teisendamiseks džaulideks peate määrama aja. Mida kauem elektrivool voolab, seda rohkem energiat kasutatakse.
Samm 2. Joulesi saamiseks korrutage vatt sekunditega
1 -vatine seade tarbib 1 džauli energiat iga 1 sekundi tagant. Kui korrutada vattide arv sekunditega, saate džaulid. Et teada saada, kui palju energiat 60W lamp 120 sekundi jooksul tarbib, peate lihtsalt korrutama 60 vatti x 120 sekundit = 7200 džauli.
Seda valemit saab kasutada mis tahes võimsusega, mida väljendatakse vattides, kuid üldiselt elektrienergiaga
3. meetod 5 -st: kineetilise energia arvutamine džaulides
Samm 1. Mõista kineetilist energiat
Kineetiline energia on energia hulk liikumise vormis. Sarnaselt teiste energiaühikutega saab kineetilist energiat kirjutada džaulides.
Kineetiline energia võrdub staatilise objekti teatud kiirusele kiirendamiseks tehtud tööga. Kui objekt saavutab selle kiiruse, säilitab objekt teatud koguse kineetilist energiat, kuni energia muutub soojuseks (hõõrdumisest), gravitatsioonipotentsiaalseks energiaks (gravitatsioonile vastu liikudes) või muud tüüpi energiaks
Samm 2. Leidke objekti mass
Näiteks mõõdame jalgratta ja jalgratturi kineetilist energiat. Näiteks on ratturi mass 50 kg ja tema jalgratta mass 20 kg, kogumass m 70 kg. Nüüd peame neid kahte üheks objektiks, mille mass on 70 kg, sest mõlemad liiguvad sama kiirusega.
Samm 3. Arvutage kiirus
Kui teate juba jalgratturi kiirust või kiirust, kirjutage see lihtsalt üles ja liikuge edasi. Kui teil on vaja kiirust arvutada, kasutage ühte alltoodud meetoditest. Pange tähele, et me otsime kiirust, mitte kiirust (mis on kiirus antud suunas), kuigi sageli kasutatakse lühendit v. Ignoreerige jalgratturi tehtud pöördeid ja eeldage, et kogu distants on läbitud sirgjooneliselt.
- Kui jalgrattur liigub ühtlase kiirusega (ei kiirenda), mõõtke jalgratturi läbitud vahemaa meetrites ja jagage selle vahemaa läbimiseks kuluvate sekunditega. See arvutus annab keskmise kiiruse, mis antud juhul on võrdne hetkelise kiirusega.
- Kui jalgrattur kogeb pidevat kiirendust ega muuda suunda, arvutage tema kiirus ajahetkel t, kasutades valemit kiiruseks ajahetkel t = (kiirendus) (t) + algkiirus. Kasutage sekundit aja mõõtmiseks, meetrit sekundis kiiruse mõõtmiseks ja m/s2 kiirenduse mõõtmiseks.
Samm 4. Ühendage need numbrid järgmise valemiga
Kineetiline energia = (1/2) m v 2. Näiteks kui jalgrattur liigub kiirusega 15 m/s, on tema kineetiline energia EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 njuutonmeetrit = 7875 džauli.
Kineetilise energia valemi saab tuletada töödefinitsioonist, W = FΔs ja kinemaatilisest võrrandist v2 = v02 + 2aΔs. s tähistab positsiooni või läbitud vahemaa muutust.
Meetod 4/5: soojuse arvutamine džaulides
Samm 1. Leidke kuumutatava objekti mass
Selle mõõtmiseks kasutage skaalat või vedrutasakaalu. Kui objekt on vedelik, mõõtke kõigepealt tühi anum, milles vedelik on, ja leidke selle mass. Vedeliku massi leidmiseks peate selle lahutama mahuti ja vedeliku massist. Selle näite puhul oletame, et objektiks on 500 grammi vett.
Kasutage gramme, mitte muid ühikuid, vastasel juhul pole tulemuseks džaulid
Samm 2. Leidke objekti erisoojus
Seda teavet võib leida keemiaviidetest nii raamatu kujul kui ka veebis. Vee puhul on c erisoojus 4,19 džauli grammi kohta iga kuumutatud Celsiuse kraadi kohta - või 4,1855, kui vajate täpset väärtust.
- Tegelik erisoojus varieerub veidi sõltuvalt temperatuurist ja rõhust. Erinevad organisatsioonid ja õpikud kasutavad erinevaid standardtemperatuure, seega võite näha vee erisoojust, mis on loetletud 4.179.
- Celsiuse asemel võite kasutada Kelvini, sest temperatuuride erinevus on mõlema seadme puhul sama (millegi soojendamine 3 ° C võrra võrdub 3 Kelvini kuumutamisega). Ärge kasutage Fahrenheiti, muidu ei ole teie tulemused džaulides.
Samm 3. Leidke objekti algtemperatuur
Kui objekt on vedelik, võite kasutada elavhõbeda termomeetrit. Mõne eseme puhul võib vaja minna sonditermomeetrit.
Samm 4. Kuumutage objekti ja mõõtke uuesti temperatuuri
See mõõdab objekti soojusvõimsust kuumutamise ajal.
Kui soovite mõõta soojusena salvestatud energia kogumahtu, võite eeldada, et algtemperatuur on absoluutne null: 0 Kelvinit või -273,15ºC. See pole eriti kasulik
Samm 5. Lahutage küttetemperatuurist algtemperatuur
See vähendamine toob kaasa objekti teatud temperatuuri muutuse. Eeldades, et vesi oli varem 15 kraadi ja kuumutatud 35 kraadini, muutub temperatuur 20 kraadini.
Samm 6. Korrutage objekti mass selle erisoojusega ja temperatuurimuutuse suurusega
Valem on kirjutatud Q = mc T, kus T on temperatuuri muutus. Selle näite puhul oleks see 500 g x 4, 19 x 20 või 41 900 džauli.
Kuumust kirjutatakse sagedamini kalorite või kilokalorite mõõtmissüsteemis. Kaloreid määratletakse kui soojushulka, mida on vaja 1 grammi vee temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi Celsiuse järgi, kilokaloreid aga soojuskoguseks, mis on vajalik 1 kilogrammi vee temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. Ülaltoodud näites kulutab 500 grammi vee temperatuuri tõstmine 20 kraadi Celsiuse järgi 10 000 kalorit ehk 10 kilokalorit
Meetod 5/5: džaulide arvutamine elektrienergiana
1. samm. Elektriahela energiavoo arvutamiseks järgige alltoodud samme
Allpool toodud sammud on loetletud praktiliste näidetena, kuid meetodit saate kasutada ka kirjalike füüsikaülesannete mõistmiseks. Esiteks arvutame võimsuse P, kasutades valemit P = I2 x R, kus I on vool amprites ja R on takistus oomides. Need seadmed toodavad võimsust vattides, nii et siit saame eelmises etapis saadud valemit kasutada energia arvutamiseks džaulides.
Samm 2. Valige takisti
Takistid mõõdetakse oomides, suurused on kirjutatud otse või tähistatud värviliste joontega. Samuti saate takisti takistust testida, ühendades selle oommeetri või multimeetriga. Selle näite puhul eeldame, et takisti on 10 oomi.
Samm 3. Ühendage takisti praeguse allikaga
Saate ühendada juhtmed takistiga Fahnestocki või alligaatori klambriga või ühendada takisti testplaadiga.
Samm 4. Voolu vool läbi ahela teatud ajavahemiku jooksul
Selle näite puhul kasutame 10 -sekundilist intervalli.
Samm 5. Mõõtke voolu tugevust
Tehke seda ampermeetri või multimeetriga. Enamikku majapidamisvoolu mõõdetakse milliamperites või tuhandetes amprites, seega eeldame, et vool on 100 milliamperit või 0,1 amprit.
Samm 6. Kasutage valemit P = I2 x R.
Võimsuse leidmiseks korrutage voolu ruut takistusega. Selle tulemuseks on väljundvõimsus vattides. Ruut 0,1 annab tulemuseks 0,01, korrutades 10 -ga annab väljundvõimsuse 0,1 vatti või 100 millivatti.
Samm 7. Korrutage võimsus möödunud ajaga
See korrutamine annab energia väljundi džaulides. 0,1 vatti x 10 sekundit võrdub 1 džauli elektrienergiaga.
