Indhold

• Trin
• Metode 1 af 5: Beregning af arbejde (J)
• Metode 2 af 5: Beregn energi (J) fra en given effekt (W)
• Metode 3 af 5: Beregning af kinetisk energi (J)
• Metode 4 af 5: Beregning af mængden af ​​varme (J)
• Metode 5 af 5: Beregning af elektrisk energi (J)
• Tips
• Advarsler
• Hvad har du brug for

Joule (J) er en af ​​de vigtigste enheder i International System of Units (SI). Joules måler arbejde, energi og varme. For at repræsentere det endelige resultat i joule, skal du bruge SI -enheder.Hvis der er givet andre måleenheder i opgaven, skal du konvertere dem til måleenheder fra det internationale enhedssystem.

Trin

Metode 1 af 5: Beregning af arbejde (J)

1. 1 Begrebet arbejde i fysik. Hvis du flytter kassen, får du jobbet gjort. Hvis du løfter kassen, har du gjort jobbet. For at arbejdet kan udføres, skal to betingelser være opfyldt:
   • Du anvender konstant kraft.
   • Under virkningen af ​​den påførte kraft bevæger kroppen sig i retning af kraftens virkning.
2. 2 Beregn arbejdet. For at gøre dette skal du gange kraften og afstanden (hvormed kroppen bevægede sig). I SI måles kraft i newton og afstand i meter. Hvis du bruger disse enheder, måles det resulterende arbejde i joule.
   • Når du løser problemer, skal du bestemme retningen for den anvendte kraft. Når du løfter kassen, styrkes kraften nedefra og op, men hvis du tager kassen i dine hænder og går en vis afstand, så gør du ikke arbejdet - du anvender kraft, så boksen ikke falder, men denne kraft bevæger ikke kassen.
3. 3 Find din kropsvægt. Det er nødvendigt for at beregne den kraft, der skal påføres for at flytte kroppen. Overvej et eksempel: Beregn det arbejde, en atlet udfører, når han løfter (fra gulv til bryst) en vægtstang, der vejer 10 kg.
   • Hvis problemet indeholder ikke-standardiserede måleenheder, skal du konvertere dem til SI-enheder.
4. 4 Beregn styrken. Kraft = masse x acceleration. I vores eksempel tager vi højde for accelerationen af ​​tyngdekraften, der er lig med 9,8 m / s. Den kraft, der skal påføres for at flytte stangen op, er 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Hvis kroppen bevæger sig i et vandret plan, ignorer accelerationen på grund af tyngdekraften. Måske vil opgaven kræve beregning af den kraft, der kræves for at overvinde friktion. Hvis acceleration er givet i problemet, skal du blot gange det med den givne kropsmasse.
5. 5 Mål den tilbagelagte afstand. I vores eksempel, lad os sige, at stangen løftes til en højde på 1,5 m. (Hvis ikke-standard måleenheder er angivet i problemet, konverter dem til SI-enheder.)
6. 6 Multiplicer kraften med afstanden. For at hæve en vægtstang, der vejer 10 kg til en højde på 1,5 m, udøver atleten arbejde svarende til 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Beregn arbejdet, når kraften er rettet i en vinkel. Det foregående eksempel var ganske simpelt: kroppens kraft- og bevægelsesretninger faldt sammen. Men i nogle tilfælde er kraften rettet i en vinkel i forhold til kørselsretningen. Overvej et eksempel: Beregn arbejdet udført af et barn, der trækker en slæde 25 m med et reb, der er 30 grader fra vandret. I dette tilfælde arbejde = kraft x cosinus (θ) x afstand. Vinklen θ er vinklen mellem kraftens retning og bevægelsesretningen.
8. 8 Find den samlede anvendte kraft. I vores eksempel, lad os sige, at barnet anvender en kraft lig med 10 N.
   • Hvis problemet siger, at kraften er rettet opad, eller til højre / venstre, eller dens retning falder sammen med kroppens bevægelsesretning, skal du simpelthen multiplicere kraften og afstanden for at beregne arbejdet.
9. 9 Beregn den tilsvarende kraft. I vores eksempel trækker kun en brøkdel af den samlede kraft slæden fremad. Da rebet er rettet opad (i en vinkel i forhold til vandret), forsøger en anden del af den samlede kraft at løfte slæden. Beregn derfor kraften, hvis retning falder sammen med bevægelsesretningen.
   • I vores eksempel er vinklen θ (mellem jorden og rebet) 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Find denne værdi ved hjælp af en lommeregner; indstil vinklenheden i lommeregneren til grader.
   • Gang den samlede kraft med cosθ. I vores eksempel: 10 x 0,866 = 8,66 N - dette er en kraft, hvis retning falder sammen med bevægelsesretningen.
10. 10 Gang den tilsvarende kraft med afstanden for at beregne arbejdet. I vores eksempel: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metode 2 af 5: Beregn energi (J) fra en given effekt (W)

1. 1 Kraft og energi. Effekt måles i watt (W) og beskriver hastigheden for ændring, konvertering, transmission eller forbrug af energi, som måles i joule (J).For at beregne energien (J) for en given effekt (W) skal du kende tidens længde.
2. 2 For at beregne energi (J) ganges effekten (W) med tid (er). En enhed med en effekt på 1 W forbruger 1 J energi for hvert 1 sekund. Lad os f.eks. Beregne energiforbruget af en 60 W pære i 120 sekunder: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Denne formel gælder for enhver effekt målt i watt, men bruges mest til opgaver, der involverer elektricitet.

Metode 3 af 5: Beregning af kinetisk energi (J)

1. 1 Kinetisk energi er bevægelsesenergi. Det kan udtrykkes i joule (J).
   • Kinetisk energi svarer til arbejdet med at accelerere et stationært legeme til en bestemt hastighed. Efter at have nået en vis hastighed forbliver kroppens kinetiske energi konstant, indtil den omdannes til varme (fra friktion), potentiel tyngdekraftenergi (når den bevæger sig mod tyngdekraften) eller andre energityper.
2. 2 Find din kropsvægt. For eksempel beregne den kinetiske energi på en cykel og en cyklist. Cyklisten vejer 50 kg og cyklen vejer 20 kg, hvilket betyder, at den samlede kropsvægt er 70 kg (betragt cyklen og cyklisten som en enkelt krop, da de vil bevæge sig i samme retning og med samme hastighed).
3. 3 Beregn hastigheden. Hvis hastigheden er angivet i problemet, skal du gå til næste trin; ellers beregne det ved hjælp af en af ​​metoderne herunder. Bemærk, at hastighedsretningen er ubetydelig her; formoder desuden, at cyklisten kører i en lige linje.
   • Hvis cyklisten kørte med en konstant hastighed (ingen acceleration), måles den tilbagelagte afstand (m) og divideres med den (de) tid, det har taget at tilbagelægge denne afstand. Dette vil give dig gennemsnitshastighed.
   • Hvis cyklisten accelererede, og værdien af ​​acceleration og bevægelsesretning ikke ændrede sig, beregnes hastigheden på et givet tidspunkt t med formlen: acceleration x t + starthastighed. Tiden måles i sekunder, hastighed i m / s, acceleration i m / s.
4. 4 Indsæt værdierne i formlen. Kinetisk energi = (1/2) mv, hvor m er masse, v er hastighed. For eksempel, hvis en cyklists hastighed er 15 m / s, så er hans kinetiske energi 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
   • Formlen til beregning af kinetisk energi stammer fra definitionen af ​​arbejde (W = FΔs) og den kinematiske ligning (v = v₀ + 2aΔs, hvor Δs er den tilbagelagte afstand).

Metode 4 af 5: Beregning af mængden af ​​varme (J)

1. 1 Find massen af ​​den opvarmede krop. For at gøre dette skal du bruge en balance- eller fjederskala. Hvis kroppen er en væske, vejer du først den tomme beholder (som du vil hælde væsken i) for at finde dens masse. Efter vejning af væsken trækkes massen af ​​den tomme beholder fra denne værdi for at finde væskens masse. Overvej f.eks. Vand, der vejer 500 g.
   • For at resultatet kan måles i joule, skal massen måles i gram.
2. 2 Find kroppens specifikke varme. Det kan findes i en kemi, fysik lærebog eller på internettet. Den specifikke varmekapacitet for vand er 4,19 J / g.
   • Specifik varme varierer lidt med temperatur og tryk. For eksempel er vandets specifikke varmekapacitet i nogle kilder 4,18 J / g (da forskellige kilder vælger forskellige værdier af "referencetemperaturen").
   • Temperaturen kan måles i grader Kelvin eller Celsius (da forskellen mellem de to temperaturer vil være den samme), men ikke i grader Fahrenheit.
3. 3 Find din startkropstemperatur. Hvis kroppen er flydende, skal du bruge et termometer.
4. 4 Opvarm kroppen og find dens endelige temperatur. På denne måde kan du finde mængden af ​​varme, der overføres til kroppen, når den opvarmes.
   • Hvis du vil finde den samlede energi, der er konverteret til varme, skal du betragte den oprindelige kropstemperatur som absolut nul (0 Kelvin eller -273,15 Celsius). Dette gælder normalt ikke.
5. 5 Træk startkropstemperaturen fra sluttemperaturen for at finde ændringen i kropstemperaturen. For eksempel opvarmes vand fra 15 grader Celsius til 35 grader Celsius, det vil sige ændringen i vandtemperaturen er 20 grader Celsius.
6. 6 Gang din kropsvægt, dens specifikke varme og ændringen i kropstemperaturen. Formel: H = mcΔT, hvor ΔT er ændringen i temperatur. I vores eksempel: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • Varme måles undertiden i kalorier eller kilokalorier. Kalorier er den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen på 1 gram vand med 1 grad Celsius; kilokalorier er den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen på 1 kg vand med 1 grad Celsius. I eksemplet ovenfor ville det tage 10.000 kalorier eller 10 kcal for at hæve temperaturen på 500 gram vand med 20 grader Celsius.

Metode 5 af 5: Beregning af elektrisk energi (J)

1. 1 Dette beskriver en metode til beregning af energistrømmen i et elektrisk kredsløb. Der gives et praktisk eksempel på grundlag af hvilket man kan løse fysiske problemer. Lad os til at begynde med beregne effekten i henhold til formlen P = I x R, hvor I er strømstyrken (A), R er modstanden (Ohm). Du finder den effekt (W), som du kan beregne energien med (J) (se andet kapitel).
2. 2 Tag en modstand. Modstandens værdi (Ohm) for modstanden er angivet med et tal eller en farvekodet markering. Du kan også bestemme modstanden i modstanden ved at forbinde den til et ohmmeter eller multimeter. Lad os f.eks. Tage en 10 ohm modstand.
3. 3 Tilslut modstanden til den aktuelle kilde. For at gøre dette skal du bruge krokodilleklip eller et eksperimentelt stativ med et elektrisk kredsløb.
4. 4 Før en strøm gennem kredsløbet i et bestemt tidspunkt. For eksempel gør dette i 10 sekunder.
5. 5 Bestem strømstyrken. For at gøre dette skal du bruge et amperemeter eller multimeter. For eksempel er strømmen 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Beregn effekten (W) ved hjælp af formlen P = I x R. I vores eksempel: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multiplicer magt og tid til at finde energi (J). I vores eksempel: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Da 1 joule er en lille værdi, og effekten af ​​elektriske apparater er angivet i watt, milliwatt og kilowatt, i boliger og kommunal sektor, måles energien normalt i kilowattimer. Hvis 1 W = 1 J / s, så 1 J = 1 W ∙ s; hvis 1 kW = 1 kJ / s, så 1 kJ = 1 kW ∙ s. Siden 1 t = 3600 s, derefter 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tips

• I SI måles energi og arbejde også i ergs. 1 erg = 1 dyne (måleenhed) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Advarsler

• Joule- og newtonmåleren er måleenheder for arbejde. Joules måler energien og arbejdet udført, når et legeme bevæger sig i en lige linje. Hvis kroppen roterer, er måleenheden newton-meter.

Hvad har du brug for

Arbejde og kinetisk energi:

• Stopur eller timer
• skalaer
• Cosinus lommeregner

Elektrisk energi:

• Modstand
• Ledninger eller forsøgsstativ
• Multimeter (eller ohmmeter og ammeter)
• Krokodille klip

Mængde varme:

• Opvarmet krop
• Varmekilde (f.eks. Brænder)
• Termometer
• Håndbog til bestemmelse af den specifikke varme for en opvarmet krop