Innhold

• Trinn
• Metode 1 av 5: Beregning av arbeid (J)
• Metode 2 av 5: Beregn energi (J) fra en gitt effekt (W)
• Metode 3 av 5: Beregning av kinetisk energi (J)
• Metode 4 av 5: Beregning av varmemengde (J)
• Metode 5 av 5: Beregning av elektrisk energi (J)
• Tips
• Advarsler
• Hva trenger du

Joule (J) er en av de viktigste enhetene i International System of Units (SI). Joules måler arbeid, energi og varme. For å representere det endelige resultatet i joule, bruk SI -enheter.Hvis andre måleenheter er gitt i oppgaven, konverter dem til måleenheter fra International System of Units.

Trinn

Metode 1 av 5: Beregning av arbeid (J)

1. 1 Konseptet med arbeid i fysikk. Hvis du flytter boksen, får du jobben gjort. Hvis du løfter boksen, har du gjort jobben. For at arbeidet skal kunne utføres må to betingelser være oppfylt:
   • Du bruker konstant kraft.
   • Under virkningen av den påførte kraften beveger kroppen seg i retning av kraftens virkning.
2. 2 Beregn arbeidet. For å gjøre dette, multipliser kraften og avstanden (som kroppen beveget seg med). I SI måles kraft i newton, og avstand i meter. Hvis du bruker disse enhetene, blir det resulterende arbeidet målt i joule.
   • Når du løser problemer, må du bestemme retningen for den påførte kraften. Når du løfter boksen, styrkes kraften nedenfra og opp, men hvis du tar boksen i hendene og går en viss distanse, vil du ikke gjøre jobben - du bruker kraft slik at boksen ikke faller, men denne kraften beveger ikke esken.
3. 3 Finn din kroppsvekt. Det er nødvendig for å beregne kraften som må påføres for å bevege kroppen. Tenk på et eksempel: beregne arbeidet utført av en idrettsutøver når han løfter (fra gulv til bryst) en vektstang som veier 10 kg.
   • Hvis problemet inneholder ikke-standardiserte måleenheter, konverter dem til SI-enheter.
4. 4 Beregn styrken. Kraft = masse x akselerasjon. I vårt eksempel tar vi hensyn til tyngdekraftens akselerasjon, som er lik 9,8 m / s. Kraften som må påføres for å flytte stangen opp er 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Hvis kroppen beveger seg i et horisontalt plan, ignorer akselerasjonen på grunn av tyngdekraften. Kanskje vil oppgaven kreve beregning av kraften som kreves for å overvinne friksjon. Hvis det gis akselerasjon i problemet, multipliserer du det bare med den gitte kroppsmassen.
5. 5 Mål avstanden som er tilbakelagt. I vårt eksempel, la oss si at stangen løftes til en høyde på 1,5 m. (Hvis ikke-standard måleenheter er gitt i problemet, konverter dem til SI-enheter.)
6. 6 Multipliser kraften med avstanden. For å heve en vektstang som veier 10 kg til en høyde på 1,5 m, vil utøveren utføre arbeid lik 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Beregn arbeidet når kraften er rettet i en vinkel. Det forrige eksemplet var ganske enkelt: kroppens kraft- og bevegelsesretninger falt sammen. Men i noen tilfeller er kraften rettet i en vinkel mot kjøreretningen. Tenk på et eksempel: beregne arbeidet utført av et barn som trekker en slede 25 m med et tau som er 30 grader utenfor horisontalen. I dette tilfellet arbeid = kraft x cosinus (θ) x avstand. Vinkelen θ er vinkelen mellom kraftens retning og bevegelsesretningen.
8. 8 Finn den totale påførte kraften. I vårt eksempel, la oss si at barnet bruker en kraft lik 10 N.
   • Hvis problemet sier at kraften er rettet oppover, eller til høyre / venstre, eller retningen faller sammen med kroppens bevegelsesretning, så multipliserer du kraften og avstanden for å beregne arbeidet.
9. 9 Beregn den tilsvarende kraften. I vårt eksempel trekker bare en brøkdel av den totale kraften sleden fremover. Siden tauet er rettet oppover (i en vinkel mot horisontalen), prøver en annen del av den totale kraften å løfte sleden. Beregn derfor kraften, hvis retning faller sammen med bevegelsesretningen.
   • I vårt eksempel er vinkelen θ (mellom bakken og tauet) 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Finn denne verdien ved hjelp av en kalkulator; sett vinkelenheten i kalkulatoren til grader.
   • Multipliser den totale kraften med cosθ. I vårt eksempel: 10 x 0,866 = 8,66 N - dette er en kraft hvis retning faller sammen med bevegelsesretningen.
10. 10 Multipliser den tilsvarende kraften med avstanden for å beregne arbeidet. I vårt eksempel: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metode 2 av 5: Beregn energi (J) fra en gitt effekt (W)

1. 1 Kraft og energi. Effekt måles i watt (W) og beskriver hastigheten for endring, konvertering, overføring eller forbruk av energi, som måles i joule (J).For å beregne energien (J) for en gitt effekt (W), må du vite hvor lenge.
2. 2 For å beregne energi (J) multipliserer du effekten (W) med tid (er). En enhet med en effekt på 1 W bruker 1 J energi for hvert 1 sekund. La oss for eksempel beregne energien som forbrukes av en 60 W pære i 120 sekunder: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Denne formelen gjelder for enhver effekt målt i watt, men er mest brukt i oppgaver som involverer elektrisitet.

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

1. 1 Kinetisk energi er bevegelsesenergien. Det kan uttrykkes i joule (J).
   • Kinetisk energi tilsvarer arbeidet som er gjort for å akselerere et stillestående organ til en viss hastighet. Etter å ha nådd en viss hastighet, forblir kroppens kinetiske energi konstant til den omdannes til varme (fra friksjon), potensiell gravitasjonsenergi (når den beveger seg mot tyngdekraften) eller andre energityper.
2. 2 Finn din kroppsvekt. For eksempel, beregne kinetisk energi til en sykkel og en syklist. Syklisten veier 50 kg og sykkelen veier 20 kg, noe som betyr at den totale kroppsvekten er 70 kg (betrakter sykkelen og syklisten som en enkelt kropp, siden de vil bevege seg i samme retning og med samme hastighet).
3. 3 Beregn hastigheten. Hvis hastigheten er gitt i problemet, går du til neste trinn; ellers kan du beregne det ved å bruke en av metodene nedenfor. Vær oppmerksom på at hastighetsretningen er ubetydelig her; anta dessuten at syklisten kjører i en rett linje.
   • Hvis syklisten kjørte med konstant hastighet (ingen akselerasjon), måler du den tilbakelagte distansen (m) og deler den med tiden (e) det tok å dekke denne distansen. Dette vil gi deg gjennomsnittlig hastighet.
   • Hvis syklisten akselererte, og verdien for akselerasjon og bevegelsesretning ikke endret seg, beregnes hastigheten på et gitt tidspunkt t med formelen: akselerasjon x t + starthastighet. Tiden måles i sekunder, hastighet i m / s, akselerasjon i m / s.
4. 4 Sett inn verdiene i formelen. Kinetisk energi = (1/2) mv, hvor m er masse, v er hastighet. For eksempel, hvis hastigheten til en syklist er 15 m / s, er kinetisk 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
   • Formelen for beregning av kinetisk energi er avledet fra definisjonen av arbeid (W = FΔs) og den kinematiske ligningen (v = v₀ + 2aΔs, der Δs er tilbakelagt distanse).

Metode 4 av 5: Beregning av varmemengde (J)

1. 1 Finn massen til den oppvarmede kroppen. For å gjøre dette, bruk en balanse eller fjærvekt. Hvis kroppen er en væske, må du først veie den tomme beholderen (som du vil helle væsken i) for å finne massen. Etter å ha veid væsken, trekker du massen av den tomme beholderen fra denne verdien for å finne væskens masse. Vurder for eksempel vann som veier 500 g.
   • For at resultatet skal måles i joule, må massen måles i gram.
2. 2 Finn kroppens spesifikke varme. Det finnes i en lærebok i kjemi, fysikk eller på internett. Den spesifikke varmekapasiteten til vann er 4,19 J / g.
   • Spesifikk varme varierer litt med temperatur og trykk. For eksempel, i noen kilder er den spesifikke varmekapasiteten til vann 4,18 J / g (siden forskjellige kilder velger forskjellige verdier av "referansetemperaturen").
   • Temperaturen kan måles i grader Kelvin eller Celsius (siden forskjellen mellom de to temperaturene vil være den samme), men ikke i grader Fahrenheit.
3. 3 Finn startkroppstemperaturen. Hvis kroppen er flytende, bruk et termometer.
4. 4 Varm kroppen og finn den endelige temperaturen. På denne måten kan du finne mengden varme som overføres til kroppen når den varmes opp.
   • Hvis du vil finne den totale energien som er konvertert til varme, kan du vurdere den opprinnelige kroppstemperaturen som absolutt null (0 Kelvin eller -273,15 Celsius). Dette gjelder vanligvis ikke.
5. 5 Trekk startkroppstemperaturen fra sluttemperaturen for å finne endringen i kroppstemperaturen. For eksempel varmes vann opp fra 15 grader Celsius til 35 grader Celsius, det vil si at endringen i vanntemperaturen er 20 grader Celsius.
6. 6 Multipliser kroppsvekten, dens spesifikke varme og endringen i kroppstemperatur. Formel: H = mcΔT, hvor ΔT er endringen i temperatur. I vårt eksempel: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • Varme måles noen ganger i kalorier eller kilokalorier. Kalorier er mengden varme som kreves for å heve temperaturen på 1 gram vann med 1 grad Celsius; kilokalorier er mengden varme som kreves for å heve temperaturen på 1 kg vann med 1 grad Celsius. I eksemplet ovenfor vil det ta 10 000 kalorier eller 10 kcal for å øke temperaturen på 500 gram vann med 20 grader Celsius.

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

1. 1 Denne beskriver en metode for å beregne energistrømmen i en elektrisk krets. Et praktisk eksempel er gitt på grunnlag av hvilke man kan løse fysiske problemer. Til å begynne med, la oss beregne effekten i henhold til formelen P = I x R, hvor I er strømstyrken (A), R er motstanden (Ohm). Du finner effekten (W) som du kan beregne energien med (J) (se andre kapittel).
2. 2 Ta en motstand. Motstandsverdien (Ohm) til motstanden indikeres med et tall eller en fargekodet markering. Du kan også bestemme motstanden til motstanden ved å koble den til et ohmmeter eller multimeter. La oss for eksempel ta en 10 ohm motstand.
3. 3 Koble motstanden til den nåværende kilden. For å gjøre dette, bruk krokodilleklemmer eller et eksperimentelt stativ med en elektrisk krets.
4. 4 Før en strøm gjennom kretsen i en viss tid. For eksempel, gjør dette i 10 sekunder.
5. 5 Bestem strømstyrken. For å gjøre dette, bruk et amperemeter eller multimeter. For eksempel er strømmen 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Beregn effekten (W) ved å bruke formelen P = I x R. I vårt eksempel: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multipliser kraft og tid for å finne energi (J). I vårt eksempel: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Siden 1 joule er en liten verdi, og effekten til elektriske apparater er angitt i watt, milliwatt og kilowatt, i bolig- og kommunal sektor, måles energi vanligvis 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, deretter 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tips

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

Advarsler

• Joule- og newtonmåler er måleenheter for arbeid. Joules måler energien og arbeidet som utføres når en kropp beveger seg i en rett linje. Hvis kroppen roterer, er måleenheten newtonmeter.

Hva trenger du

Arbeid og kinetisk energi:

• Stoppeklokke eller timer
• skalaer
• Kosinisk kalkulator

Elektrisk energi:

• Motstand
• Ledninger eller eksperimentell stativ
• Multimeter (eller ohmmeter og ammeter)
• Krokodilleklipp

Mengde varme:

• Oppvarmet kropp
• Varmekilde (f.eks. Brenner)
• Termometer
• Håndbok for å bestemme den spesifikke varmen til en oppvarmet kropp