5 דרכים לחישוב ג'ול

2024 מְחַבֵּר: Jason Gerald | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-19 22:12

על שם הפיזיקאי הבריטי ג'יימס אדוארד ג'ול, הג'ול (J) הוא אחת מהיחידות הבסיסיות של המערכת המטרית הבינלאומית. הג'ול משמש כיחידת עבודה, אנרגיה וחום, ונמצא בשימוש נרחב ביישומים מדעיים. אם אתה רוצה את התשובה שלך בג'ול, הקפד תמיד להשתמש ביחידות מדעיות סטנדרטיות. יחידת החום הבריטית או בריטניה (BTU) עדיין משמשת בתחומים מסוימים, אך לא בשיעורי הבית בפיזיקה שלך.

שלב

שיטה 1 מתוך 5: חישוב עבודה בג'ול

שלב 1. להבין את העבודה בפיזיקה

אם אתה דוחף קופסה דרך חדר, התאמצת. אם אתה מרים את הקופסה, גם אתה התאמצת. ישנם שני קריטריונים חשובים שחייבים להתקיים ב"עסק ":

אתה מספק סגנון יציב.
כוח זה גורם לאובייקטים לנוע באותו כיוון כמו הכוח.

שלב 2. להבין את ההגדרה של עסק

המאמץ קל לחישוב. פשוט הכפל את כמות הכוח ואת המרחק הכולל שהאובייקט עבר. בדרך כלל, מדענים מביעים כוח בניוטונים ומרחק במטרים. אם אתה משתמש בשתי היחידות הללו, יחידת העבודה המתקבלת היא ג'ולס.

בכל פעם שאתה קורא שאלה על עסקים, עצור וחשב היכן נמצא הסגנון. אם אתה מרים את הקופסה, אתה דוחף אותו כלפי מעלה כך שהקופסה זזה למעלה. אז המרחק שהקופסה עוברת הוא כמה גבוה הוא זז למעלה. עם זאת, בפעם הבאה שתלך קדימה עם הקופסה, לא יתאמץ כל תהליך בתהליך זה. גם אם אתה עדיין דוחף את הקופסה למעלה כדי שלא תיפול, היא כבר לא זזה למעלה

שלב 3. מצא את המסה של האובייקט שנעקר

המסה של אובייקט נחוצה כדי לחשב את הכוח הנדרש להזיז אותו. בדוגמה שלנו, נניח לעומסה יש משקל של 10 ק"ג (ק"ג).

הימנע משימוש בקילו או ביחידות לא סטנדרטיות אחרות, אחרת התשובה הסופית שלך לא תהיה בג'אול

שלב 4. חשב את הסגנון

כוח = מסה x האצה. בדוגמה שלנו, הרמת המשקל ישר למעלה, התאוצה שאנו מפעילים נובעת מכוח המשיכה, אשר בנסיבות רגילות מאיץ את האובייקט כלפי מטה במהירות של 9.8 מטר/שניות.². חשב את הכוח הדרוש להזיז את העומס שלנו למעלה על ידי הכפלת (10 ק"ג) x (9.8 מ '/שניות²) = 98 ק"ג/שניות² = 98 ניוטון (N).

אם החפץ מועבר אופקית, לכבידה אין השפעה. הבעיה עשויה לבקש ממך לחשב את הכוח הדרוש להתנגדות לחיכוך. אם הבעיה אומרת לך את האצה של אובייקט כשהוא נדחף, תוכל להכפיל את התאוצה הידועה במסה שלו

שלב 5. מדוד את התזוזה שנסעה

בדוגמה זו, נניח שמטען מורם לגובה של 1.5 מטר (מ '). יש למדוד את התזוזה במטרים, אחרת התשובה הסופית שלך לא תהיה בג'אול.

שלב 6. הכפל את הכוח לפי העקירה

כדי להרים משקל 98 ניוטון בגובה 1.5 מטר, עליך לבצע 98 x 1.5 = 147 ג'אול עבודה.

שלב 7. חשב את העבודה שנעשתה להזיז את האובייקט בזווית מסוימת

הדוגמה שלנו למעלה פשוטה: מישהו מפעיל כוח קדימה על אובייקט, והאובייקט נע קדימה. לפעמים, כיוון הכוח ותנועת האובייקט אינם זהים, כיוון שכמה כוחות פועלים על האובייקט. בדוגמה הבאה, נחשב את מספר הג'אול הדרוש לילד למשוך מזחלת 25 מטרים בשלג שטוח על ידי משיכת החבל כלפי מעלה בזווית של 30 מעלות. עבור בעיה זו, עבודה = כוח x קוסינוס (θ) x תזוזה. הסמל הוא האות היוונית תטה, ומתאר את הזווית שבין כיוון הכוח לכיוון התנועה.

שלב 8. מצא את הכוח המופעל הכולל

לבעיה זו, נניח שילד מושך בחוט בעוצמה של 10 ניוטון.

אם הבעיה מפעילה כוח ימינה, כוח כלפי מעלה או כוח בכיוון התנועה, אז הכוחות האלה כבר מהווים את החלק x קוסינוס (θ) של הכוח, ותוכל לדלג קדימה ולהמשיך להכפיל את הערכים

שלב 9. חשב את הכוח המתאים

רק כמה סגנונות מושכים את המזחלת קדימה. כשהמחרוזת מצביעה כלפי מעלה, כוח אחר מנסה למשוך אותו למעלה, מושך אותו כנגד כוח הכבידה. חשב את הכוח המופעל בכיוון התנועה:

בדוגמה שלנו, הזווית בין השלג השטוח לחבל היא 30º.
חישוב cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = כ- 0.866. תוכל להשתמש במחשבון כדי למצוא ערך זה, אך וודא שהמחשבון שלך משתמש באותן יחידות כמו מדידת הזווית שלך (מעלות או רדיאנים).
הכפל את הכוח הכולל x cos (θ). בדוגמה שלנו, 10 N x 0.866 = 8.66 כוחות בכיוון התנועה.

שלב 10. הכפל את הכוח x תזוזה

כעת, כאשר אנו מכירים את הכוח המתקדם בכיוון התנועה, אנו יכולים לחשב את העבודה כרגיל. הבעיה שלנו אומרת לנו שהמזחלת נעה קדימה 20 מטר, לכן חישבו 8.66 N x 20 מ '= 173.2 ג'אול עבודה.

שיטה 2 מתוך 5: חישוב ג'ול מוואטס

שלב 1. להבין כוח ואנרגיה

וואט היא יחידת כוח או קצב השימוש באנרגיה (אנרגיה מחולקת בזמן). בעוד ג'ול היא יחידת אנרגיה. כדי להמיר וואט לג'ול, עליך לקבוע את השעה. ככל שהזרם החשמלי זורם זמן רב יותר, כך האנרגיה המשמשת גדולה יותר.

שלב 2. הכפל וואט בשניות כדי לקבל ג'ול

מכשיר 1 ואט יצרוך 1 ג'ול אנרגיה בכל שנייה אחת. אם תכפיל את מספר הוואטים בשניות, תקבל ג'ול. כדי לברר כמה אנרגיה מנורת 60W צורכת תוך 120 שניות, אתה רק צריך להכפיל 60 וואט x 120 שניות = 7,200 ג'ול.

נוסחה זו יכולה לשמש עבור כל הספק המתבטא בוואטס, אך בדרך כלל בחשמל

שיטה 3 מתוך 5: חישוב אנרגיה קינטית בג'ול

שלב 1. להבין את האנרגיה הקינטית

אנרגיה קינטית היא כמות האנרגיה בצורה של תנועה. בדומה ליחידות אנרגיה אחרות, ניתן לכתוב אנרגיה קינטית בג'ול.

אנרגיה קינטית שווה לכמות העבודה שנעשית להאיץ אובייקט סטטי למהירות מסוימת. ברגע שהאובייקט יגיע למהירות זו, האובייקט ישמור על כמות מסוימת של אנרגיה קינטית עד שהאנרגיה תהפוך לחום (מחיכוך), לאנרגיה פוטנציאלית הכבידה (מתנועה כנגד כוח הכבידה), או מסוגים אחרים של אנרגיה

שלב 2. מצא את המסה של האובייקט

לדוגמה, אנו מודדים את האנרגיה הקינטית של אופניים ורוכב אופניים. לדוגמא, הרוכב בעל מסה של 50 ק"ג, ואופניו במסה של 20 ק"ג, עבור מסה מ 'של 70 ק"ג. כעת, אנו רואים בשניים אובייקט אחד במשקל של 70 ק"ג מכיוון ששניהם ינועו באותה מהירות.

שלב 3. חשב את המהירות

אם אתה כבר יודע את המהירות או המהירות של רוכב האופניים, פשוט רשום זאת והמשך. אם אתה צריך לחשב את המהירות, השתמש באחת מהשיטות הבאות. שים לב שאנחנו מחפשים מהירות, לא מהירות (שהיא מהירות בכיוון נתון), למרות שהקיצור v משמש לעתים קרובות. התעלם מכל סיבוב שרוכב האופניים עושה והניח שכל המרחק מכוסה בקו ישר.

אם רוכב האופניים נע במהירות קבועה (לא מאיץ), מדוד את המרחק שעובר רוכב האופניים במטרים, וחלק במספר השניות שיידרש כדי לכסות את המרחק. חישוב זה יניב את המהירות הממוצעת, שבמקרה זה שווה למהירות המיידית.
אם רוכב האופניים חווה האצה קבועה ואינו משנה כיוון, חשב את מהירותו בזמן t באמצעות הנוסחה למהירות בזמן t = (האצה) (t) + מהירות התחלתית. השתמש בשני למדידת זמן, מטר/שנייה למדידת מהירות ו- m/s² למדידת האצה.

שלב 4. חבר את המספרים האלה לנוסחה הבאה

אנרגיה קינטית = (1/2) m v ². לדוגמה, אם רוכב אופניים נע במהירות של 15 מ/ש, האנרגיה הקינטית שלו EK = (1/2) (70 ק"ג) (15 מ/ש)² = (1/2) (70 ק"ג) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 ק"ג²/s² = 7875 מטר ניוטון = 7875 ג'אול.

ניתן לגזור את הנוסחה לאנרגיה קינטית מהגדרת העבודה, W = FΔs, והמשוואה הקינמטית v² = v₀² + 2aΔs. s מייצג שינוי במיקום או מרחק נסיעה.

שיטה 4 מתוך 5: חישוב חום בג'ול

שלב 1. מצא את מסת החפץ שמחומם

השתמש במדד או במאזן קפיצי כדי למדוד אותו. אם החפץ הוא נוזל, יש למדוד תחילה את המיכל הריק שבו נמצא הנוזל ולמצוא את המסה שלו. אתה צריך להפחית אותו ממסת המיכל בתוספת הנוזל כדי למצוא את המסה של הנוזל. בדוגמה זו, נניח שהאובייקט הוא 500 גרם מים.

השתמש בגרמים, לא ביחידות אחרות, אחרת התוצאה לא תהיה ג'אולות

שלב 2. מצא את החום הספציפי של האובייקט

מידע זה ניתן למצוא בהפניות לכימיה, הן בצורת ספר והן באינטרנט. עבור מים, החום הספציפי של c הוא 4.19 ג'אול לגרם עבור כל תואר צלזיוס שהוא מחומם - או 4.1855, אם אתה צריך את הערך המדויק.

החום הספציפי בפועל משתנה מעט בהתאם לטמפרטורה ולחץ. ארגונים וספרי לימוד שונים משתמשים בטמפרטורות סטנדרטיות שונות, כך שתוכל לראות את חום המים הספציפי המופיע בתור 4.179.
אתה יכול להשתמש בקלווין במקום צלזיוס מכיוון שהפרש הטמפרטורות זהה לשתי היחידות (חימום של משהו ב -3 ºC שווה לחימום ב -3 קלווין). אל תשתמש בפרנהייט, אחרת התוצאות שלך לא יהיו בג'ול.

שלב 3. מצא את הטמפרטורה ההתחלתית של האובייקט

אם החפץ הוא נוזל, אתה יכול להשתמש במדחום כספית. עבור פריטים מסוימים, ייתכן שתזדקק למד חום.

שלב 4. מחממים את האובייקט ומודדים שוב את הטמפרטורה

זה ימדוד את עליית החום של האובייקט במהלך החימום.

אם אתה רוצה למדוד את כמות האנרגיה הכוללת שנאגרת כחום, אתה יכול להניח שהטמפרטורה ההתחלתית היא אפס מוחלט: 0 קלווין או -273.15 מעלות צלזיוס. זה לא מאוד שימושי

שלב 5. הפחת את הטמפרטורה ההתחלתית מטמפרטורת החימום

הפחתה זו תגרום למידת שינוי הטמפרטורה באובייקט. בהנחה שהמים היו בעבר 15 מעלות צלזיוס ומחוממים ל -35 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה משתנה ל -20 מעלות צלזיוס.

שלב 6. הכפל את מסת האובייקט על ידי החום הספציפי שלו ועל פי גודל השינוי בטמפרטורה

הנוסחה כתובה Q = mc T, כאשר T הוא השינוי בטמפרטורה. בדוגמה זו, זה יהיה 500 גרם על 4, 19 על 20 או 41,900 ג'אול.

חום נכתב לעתים קרובות יותר במערכת הקלורית או הקילוקלורית. קלוריה מוגדרת ככמות החום הדרושה להעלאת הטמפרטורה של גרם אחד של מים על ידי מעלה אחת צלזיוס, בעוד שקילוקלוריה היא כמות החום הדרושה להעלאת הטמפרטורה של 1 ק"ג מים על ידי מעלה אחת צלזיוס. בדוגמה שלמעלה, העלאת הטמפרטורה של 500 גרם מים ב -20 מעלות צלזיוס תצרוך עד 10,000 קלוריות או 10 קילוקלוריות

שיטה 5 מתוך 5: חישוב ג'ול כאנרגיה חשמלית

שלב 1. השתמש בשלבים שלהלן כדי לחשב את זרימת האנרגיה במעגל חשמלי

השלבים שלהלן מפורטים כדוגמאות מעשיות, אך תוכל גם להשתמש בשיטה להבנת בעיות פיזיקה כתובות. ראשית, נחשב את הספק P באמצעות הנוסחה P = I² x R, כאשר I הוא הזרם באמפר ו- R הוא ההתנגדות באוהם. יחידות אלה מייצרות הספק בוואט, כך שמכאן נוכל להשתמש בנוסחה בשלב הקודם לחישוב אנרגיה בג'אול.

שלב 2. בחר נגד

נגדים נמדדים באוהם, כאשר הגדלים כתובים ישירות או מיוצגים על ידי אוסף של קווים צבעוניים. אתה יכול גם לבדוק את ההתנגדות של הנגד על ידי חיבורו עם מד או או מד. בדוגמה זו, אנו מניחים שהנגד הוא 10 אוהם.

שלב 3. חבר את הנגד למקור הנוכחי

אתה יכול לחבר את החוטים לנגד בעזרת קליפ פאנהסטוק או תנין, או לחבר את הנגד ללוח בדיקה.

שלב 4. זרם זרם דרך המעגל לפרק זמן מסוים

בדוגמה זו נשתמש במרווח של 10 שניות.

שלב 5. מדוד את הכוח הנוכחי

עשה זאת באמצעות מד או מולטימטר. רוב הזרמים הביתי נמדדים במיליאמפר, או באלפי אמפר, ולכן אנו מניחים שהזרם הוא 100 מיליאמפר או 0.1 אמפר.

שלב 6. השתמש בנוסחה P = I² x ר.

כדי למצוא את הכוח, הכפל את ריבוע הזרם בהתנגדות. כתוצאה מכך תפוקת הספק בוואט. ריבוע 0.1 נותן תוצאה של 0.01, כפול 10 נותן הספק של 0.1 וואט או 100 מיליוואט.