Jak obliczyć dżule

Wideo: Fizyka - prąd elektryczny - przeliczanie kWh na J i J na kWh

Zawartość

Kroki
Metoda 1 z 5: Obliczanie pracy (J)
Metoda 2 z 5: Oblicz energię (J) z danej mocy (W)
Metoda 3 z 5: Obliczanie energii kinetycznej (J)
Metoda 4 z 5: Obliczanie ilości ciepła (J)
Metoda 5 z 5: Obliczanie energii elektrycznej (J)
Porady
Ostrzeżenia
Czego potrzebujesz

Dżul (J) jest jedną z najważniejszych jednostek Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI). Dżule mierzą pracę, energię i ciepło. Aby przedstawić wynik końcowy w dżulach, użyj jednostek SI.Jeśli w zadaniu podano inne jednostki miary, przekonwertuj je na jednostki miary z międzynarodowego układu jednostek.

Kroki

Metoda 1 z 5: Obliczanie pracy (J)

1 Pojęcie pracy w fizyce. Jeśli przesuniesz pudełko, wykonasz zadanie. Jeśli podniesiesz pudełko, wykonałeś zadanie. Aby praca została wykonana, muszą być spełnione dwa warunki:
- Stosujesz stałą siłę.
- Pod działaniem przyłożonej siły ciało porusza się w kierunku działania siły.
2 Oblicz pracę. Aby to zrobić, pomnóż siłę i odległość (o jaką poruszało się ciało). W SI siłę mierzy się w niutonach, a odległość w metrach. Jeśli użyjesz tych jednostek, wynikowa praca będzie mierzona w dżulach.
- Podczas rozwiązywania problemów określ kierunek przyłożonej siły. Podczas podnoszenia pudła siła jest skierowana od dołu do góry, ale jeśli weźmiesz pudło w ręce i przejdziesz pewną odległość, to nie wykonasz pracy - przykładasz siłę, aby pudełko nie spadło, ale ta siła nie porusza pudełka.
3 Znajdź swoją wagę ciała. Konieczne jest obliczenie siły, którą należy przyłożyć, aby poruszyć ciałem. Rozważ przykład: oblicz pracę wykonaną przez sportowca podczas podnoszenia (z podłogi na klatkę piersiową) sztangi o wadze 10 kg.
- Jeśli problem zawiera niestandardowe jednostki miary, przelicz je na jednostki SI.
4 Oblicz siłę. Siła = masa x przyspieszenie. W naszym przykładzie bierzemy pod uwagę przyspieszenie ziemskie, które wynosi 9,8 m/s. Siła, jaka musi zostać przyłożona do podniesienia pręta, wynosi 10 (kg) x 9,8 (m/s) = 98 kg ∙ m/s = 98 N.
- Jeśli ciało porusza się w płaszczyźnie poziomej, zignoruj przyspieszenie grawitacyjne. Być może zadanie będzie wymagało obliczenia siły potrzebnej do pokonania tarcia. Jeśli w zadaniu podano przyspieszenie, po prostu pomnóż je przez podaną masę ciała.
5 Zmierz przebytą odległość. W naszym przykładzie załóżmy, że sztanga jest podnoszona na wysokość 1,5 m. (Jeśli w zadaniu podano niestandardowe jednostki miary, przelicz je na jednostki SI).
6 Pomnóż siłę przez odległość. Aby podnieść sztangę o wadze 10 kg na wysokość 1,5 m zawodnik wykona pracę równą 98 x 1,5 = 147 J.
7 Oblicz pracę, gdy siła jest skierowana pod kątem. Poprzedni przykład był dość prosty: kierunki siły i ruchu ciała pokrywały się. Ale w niektórych przypadkach siła jest skierowana pod kątem do kierunku jazdy. Rozważmy przykład: oblicz pracę wykonaną przez dziecko ciągnące sanki 25 m z liną, która jest 30 stopni od poziomu. W tym przypadku praca = siła x cosinus (θ) x odległość. Kąt θ to kąt między kierunkiem siły a kierunkiem ruchu.
8 Znajdź całkowitą przyłożoną siłę. W naszym przykładzie załóżmy, że dziecko przykłada siłę równą 10 N.
- Jeśli problem mówi, że siła jest skierowana w górę lub w prawo/lewo, lub jej kierunek pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała, to aby obliczyć pracę, wystarczy pomnożyć siłę i odległość.
9 Oblicz odpowiednią siłę. W naszym przykładzie tylko ułamek całkowitej siły ciągnie sanki do przodu. Ponieważ lina jest skierowana w górę (pod kątem do poziomu), kolejna część całkowitej siły próbuje podnieść sanki. Dlatego obliczyć siłę, której kierunek pokrywa się z kierunkiem ruchu.
- W naszym przykładzie kąt θ (między ziemią a liną) wynosi 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Znajdź tę wartość za pomocą kalkulatora; ustaw jednostkę kąta w kalkulatorze na stopnie.
- Pomnóż całkowitą siłę przez cosθ. W naszym przykładzie: 10 x 0,866 = 8,66 N - jest to siła, której kierunek pokrywa się z kierunkiem ruchu.
10 Pomnóż odpowiednią siłę przez odległość, aby obliczyć pracę. W naszym przykładzie: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metoda 2 z 5: Oblicz energię (J) z danej mocy (W)

1 Moc i energia. Moc mierzona jest w watach (W) i opisuje szybkość zmian, konwersji, transmisji lub zużycia energii, która jest mierzona w dżulach (J).Aby obliczyć energię (J) dla danej mocy (W), musisz znać czas.
2 Aby obliczyć energię (J), pomnóż moc (W) przez czas (s). Urządzenie o mocy 1 W zużywa 1 J energii na każdą 1 s. Na przykład obliczmy energię zużywaną przez żarówkę o mocy 60 W przez 120 sekund: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Ten wzór jest poprawny dla każdej mocy mierzonej w watach, ale jest najczęściej stosowany w zadaniach związanych z elektrycznością.

Metoda 3 z 5: Obliczanie energii kinetycznej (J)

1 Energia kinetyczna to energia ruchu. Może być wyrażona w dżulach (J).
- Energia kinetyczna odpowiada pracy wykonanej w celu przyspieszenia ciała stacjonarnego do określonej prędkości. Po osiągnięciu określonej prędkości energia kinetyczna ciała pozostaje stała, dopóki nie zostanie przekształcona w ciepło (z tarcia), grawitacyjną energię potencjalną (podczas ruchu przeciw grawitacji) lub inne rodzaje energii.
2 Znajdź swoją wagę ciała. Na przykład oblicz energię kinetyczną roweru i rowerzysty. Rowerzysta waży 50 kg, a rower 20 kg, co oznacza, że całkowita masa ciała wynosi 70 kg (potraktujcie rower i rowerzystę jako jedno ciało, ponieważ będą jechali w tym samym kierunku iz tą samą prędkością).
3 Oblicz prędkość. Jeśli w zadaniu podano prędkość, przejdź do następnego kroku; w przeciwnym razie oblicz go za pomocą jednej z poniższych metod. Zauważ, że kierunek prędkości jest tutaj pomijalny; ponadto załóżmy, że rowerzysta jedzie po linii prostej.
- Jeśli rowerzysta jechał ze stałą prędkością (bez przyspieszenia), zmierz przebytą odległość (m) i podziel ją przez czas (s) potrzebny na pokonanie tej odległości. To da ci średnią prędkość.
- Jeżeli rowerzysta przyspieszał, a wartość przyspieszenia i kierunek ruchu nie uległy zmianie, to prędkość w danym momencie t wyliczana jest ze wzoru: przyspieszenie x t + prędkość początkowa. Czas mierzony jest w sekundach, prędkość w m/s, przyspieszenie w m/s.
4 Wprowadź wartości do formuły. Energia kinetyczna = (1/2) mv, gdzie m to masa, v to prędkość. Na przykład, jeśli prędkość rowerzysty wynosi 15 m / s, to jego energia kinetyczna 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
- Wzór na obliczenie energii kinetycznej pochodzi z definicji pracy (W = FΔs) i równania kinematycznego (v = v₀ + 2aΔs, gdzie Δs to przebyta odległość).

Metoda 4 z 5: Obliczanie ilości ciepła (J)

1 Znajdź masę rozgrzanego ciała. Aby to zrobić, użyj wagi lub wagi sprężynowej. Jeśli ciało jest płynem, najpierw zważ pusty pojemnik (do którego wlejesz płyn), aby znaleźć jego masę. Po zważeniu cieczy odejmij od tej wartości masę pustego pojemnika, aby obliczyć masę cieczy. Weźmy na przykład wodę o wadze 500 g.
- Aby wynik był mierzony w dżulach, masę należy zmierzyć w gramach.
2 Znajdź ciepło właściwe ciała. Można go znaleźć w podręczniku do chemii, fizyki lub w Internecie. Ciepło właściwe wody wynosi 4,19 J/g.
- Ciepło właściwe zmienia się nieznacznie w zależności od temperatury i ciśnienia. Przykładowo w niektórych źródłach ciepło właściwe wody wynosi 4,18 J/g (ponieważ różne źródła wybierają różne wartości „temperatury odniesienia”).
- Temperaturę można mierzyć w stopniach Kelvina lub Celsjusza (ponieważ różnica między tymi dwiema temperaturami będzie taka sama), ale nie w stopniach Fahrenheita.
3 Znajdź swoją początkową temperaturę ciała. Jeśli ciało jest płynne, użyj termometru.
4 Podgrzej ciało i znajdź jego ostateczną temperaturę. W ten sposób możesz określić ilość ciepła przekazywanego do ciała podczas jego podgrzewania.
- Jeśli chcesz obliczyć całkowitą energię zamienioną na ciepło, rozważ początkową temperaturę ciała jako zero bezwzględne (0 Kelvin lub -273,15 Celsjusza). To zwykle nie ma zastosowania.
5 Odejmij początkową temperaturę ciała od końcowej temperatury, aby znaleźć zmianę temperatury ciała. Na przykład woda jest podgrzewana z 15 stopni Celsjusza do 35 stopni Celsjusza, czyli zmiana temperatury wody wynosi 20 stopni Celsjusza.
6 Pomnóż masę ciała, jego ciepło właściwe i zmianę temperatury ciała. Wzór: H = mcΔT, gdzie ΔT jest zmianą temperatury. W naszym przykładzie: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Ciepło jest czasami mierzone w kaloriach lub kilokalorii. Kalorie to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza; kilokalorie to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 kg wody o 1 stopień Celsjusza. W powyższym przykładzie potrzeba 10 000 kalorii lub 10 kcal, aby podnieść temperaturę 500 gramów wody o 20 stopni Celsjusza.

Metoda 5 z 5: Obliczanie energii elektrycznej (J)

1 Opisuje metodę obliczania przepływu energii w obwodzie elektrycznym. Podano praktyczny przykład, na podstawie którego można rozwiązać problemy fizyczne. Na początek obliczmy moc zgodnie ze wzorem P = I x R, gdzie I to natężenie prądu (A), R to opór (Ohm). Znajdziesz moc (W), z jaką możesz obliczyć energię (J) (patrz rozdział drugi).
2 Weź rezystor. Wartość rezystancji (Ohm) rezystora jest wskazywana numerem lub oznaczeniem kolorowym. Możesz również określić rezystancję rezystora, podłączając go do omomierza lub multimetru. Na przykład weźmy rezystor 10 omów.
3 Podłącz rezystor do źródła prądu. Aby to zrobić, użyj zacisków krokodylkowych lub stojaka doświadczalnego z obwodem elektrycznym.
4 Przepuszczaj prąd przez obwód przez pewien czas. Na przykład rób to przez 10 sekund.
5 Określ natężenie prądu. Aby to zrobić, użyj amperomierza lub multimetru. Na przykład prąd wynosi 100 mA = 0,1 A.
6 Oblicz moc (W) ze wzoru P = I x R. W naszym przykładzie: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Pomnóż moc i czas, aby znaleźć energię (J). W naszym przykładzie: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Ponieważ 1 dżul to niewielka wartość, a moc urządzeń elektrycznych jest wyrażona w watach, miliwatach i kilowatach, w sektorze mieszkaniowym i komunalnym energia jest zwykle mierzona w kilowatogodzinach. Jeżeli 1 W = 1 J / s, to 1 J = 1 W ∙ s; jeśli 1 kW = 1 kJ / s, to 1 kJ = 1 kW ∙ s. Ponieważ 1 h = 3600 s, to 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Porady

W SI energia i praca są również mierzone w ergach. 1 erg = 1 dyna (jednostka miary siły) x 1 cm 1 J = 10 000 000 erg.

Ostrzeżenia

Dżul i niutonometr to jednostki miary pracy. Dżule mierzą energię i pracę wykonaną, gdy ciało porusza się w linii prostej. Jeśli ciało się obraca, jednostką miary jest niutonometr.