محتوا

• گام برداشتن
• روش 1 از 4: محاسبه کار در ژول
• روش 2 از 4: محاسبه انرژی جنبشی در ژول
• روش 3 از 4: محاسبه ژول به عنوان انرژی الکتریکی
• روش 4 از 4: محاسبه گرما در ژول
• نکات
• هشدارها
• ضروریات

ژول (J) ، به نام جیمز ادوارد ژول ، فیزیکدان انگلیسی ، یکی از مهمترین واحدهای سیستم متریک بین المللی است. ژول به عنوان یک واحد کار ، انرژی و گرما استفاده می شود و به طور گسترده ای در علم استفاده می شود. اگر می خواهید جواب شما به ژول باشد ، همیشه از واحدهای علمی استاندارد استفاده کنید.

گام برداشتن

روش 1 از 4: محاسبه کار در ژول

1. تعریف کار. کار به عنوان یک نیروی ثابت که برای جابجایی آن در یک فاصله مشخص به آن اعمال می شود ، تعریف می شود. اگر بیش از یک نیرو اعمال نشود ، می توان آن را به صورت محاسبه کرد قدرت ایکس مسافت، و می تواند در واحد ژول نوشته شود (معادل "متر نیوتن"). در مثال اول ما شخصی را که می خواهد وزنه ای از کف به قد قفسه سینه اضافه کند ، در نظر می گیریم و محاسبه می کنیم که آن شخص چقدر کار کرده است.
   • نیرو باید در جهت حرکت اعمال شود. هنگام نگه داشتن یک جسم و راه رفتن به جلو ، هیچ کاری روی جسم انجام نمی شود ، زیرا شما جسم را در جهت حرکت آن فشار نمی دهید.
2. جرم جسم در حال حرکت را تعیین کنید. جرم یک جسم برای محاسبه نیروی لازم برای حرکت آن لازم است. در مثال ما بیان می کنیم که وزن 10 کیلوگرم وزن دارد.
   • از پوند یا واحدهای دیگری که استاندارد نیستند استفاده نکنید و یا اینکه جواب نهایی به ژول نخواهد رسید.
3. نیرو را محاسبه کنید. نیرو = شتاب x جرم. در مثال ما ، بالا بردن وزنه مستقیم به سمت بالا ، شتابی که سعی در غلبه بر آن داریم برابر است با جاذبه ، 9.8 متر بر ثانیه به سمت پایین. نیروی مورد نیاز برای بالا بردن وزن را با استفاده از (10 کیلوگرم) x (9.8 متر بر ثانیه) = 98 کیلوگرم متر بر ثانیه = 98 نیوتن (N) محاسبه کنید.
   • اگر جسم به صورت افقی جابجا شود ، گرانش بی ربط است. در عوض ، این مشکل ممکن است شما را بر آن داشته باشد تا نیروی لازم برای غلبه بر مقاومت اصطکاکی را محاسبه کنید. اگر به آن داده شود که شتاب جسم در هنگام فشار دادن چقدر است ، می توانید شتاب داده شده را در جرم ضرب کنید.
4. فاصله جسم در حال جابجایی را اندازه بگیرید. در این مثال ، فرض می کنیم که وزن 1.5 متر (متر) برداشته شود. فاصله باید به متر اندازه گیری شود ، در غیر این صورت جواب نهایی را نمی توان با ژول ثبت کرد.
5. نیرو را در فاصله ضرب کنید. برای بلند کردن وزن 98 نیوتن 1.5 متری ، باید 98 x 1.5 = 147 ژول کار را انجام دهید.
6. محاسبه نیروی کار برای اشیایی که در زاویه حرکت می کنند. مثال ما در بالا ساده بود: کسی یک نیروی رو به بالا به جسم وارد کرد ، و جسم بالا رفت. گاهی اوقات جهت نیرو و حرکت جسم کاملاً یکسان نیستند ، زیرا نیروهای متعددی بر روی جسم تأثیر می گذارند. در مثال زیر می خواهیم محاسبه کنیم که با کشیدن یک طناب متصل به سورتمه با زاویه 30 درجه نسبت به افقی ، چند ژول طول می کشد تا یک سورتمه 25 متر از داخل برف بکشد. موارد زیر حاوی موارد زیر است: کار = نیروی x cos (θ) x فاصله. "نماد" حرف یونانی "تتا" است و زاویه بین جهت نیرو و جهت حرکت را نشان می دهد.
7. کل نیروی وارده را تعیین کنید. در این مسئله می گوییم کسی طناب را با نیروی 10 نیوتن می کشد.
   • اگر قبلاً نیرویی "به راست" ، "بالا" یا "در جهت حرکت" داده شده باشد ، "force x cos (") "همانطور که محاسبه شده است ، می توانید مقادیر را ضرب کنید.
8. نیروی مربوطه را محاسبه کنید. فقط بخشی از نیرو کالسکه را به جلو می کشد. از آنجا که طناب از یک زاویه بالا است ، نیروی باقیمانده سعی می کند کالسکه را به سمت بالا بلند کند و گرانش را خنثی کند. نیرو را در جهت حرکت محاسبه کنید:
   • در مثال ما ، زاویه θ بین زمین و طناب 30 درجه است.
   • cos (θ) را محاسبه کنید. cos (30º) = (√3) / 2 = تقریباً 0.866. برای یافتن این مقدار می توانید از ماشین حساب استفاده کنید ، اما اطمینان حاصل کنید که ماشین حساب شما از واحد صحیح به عنوان زاویه مشخص شده (درجه یا شعاع) استفاده می کند.
   • کل نیروی x cos (θ) را ضرب کنید. در مثال ما ، 10N x 0.866 = 8.66 N در جهت حرکت است.
9. فاصله x را ضرب کنید. حال که دانستیم چه مقدار نیرو در جهت حرکت وارد می شود ، می توانیم کار را طبق معمول محاسبه کنیم. مشکل ما به ما می گوید که کالسکه 20 متر به جلو کشیده شده است ، بنابراین ما 8.66 N x 20 m = 173.2 ژول کار را محاسبه می کنیم.

روش 2 از 4: محاسبه انرژی جنبشی در ژول

1. مقداری از انرژی جنبشی را درک کنید. انرژی جنبشی مقدار انرژی در قالب حرکت است. مانند هر نوع انرژی ، می توان آن را با ژول بیان کرد.
   • انرژی جنبشی برابر است با مقدار کار انجام شده برای سرعت بخشیدن به یک جسم ثابت تا یک سرعت خاص. پس از رسیدن به آن سرعت ، جسم آن مقدار انرژی جنبشی را حفظ می کند تا زمانی که آن انرژی به گرما (با اصطکاک) ، انرژی گرانشی (با رفتن در برابر نیروی جاذبه) یا انواع دیگر انرژی تبدیل شود.
2. جرم جسم را تعیین کنید. به عنوان مثال ، ما می توانیم انرژی جنبشی دوچرخه و دوچرخه سوار را اندازه گیری کنیم. فرض کنید جرم دوچرخه سوار 50 کیلوگرم و جرم دوچرخه 20 کیلوگرم باشد. این مقدار به کل جرم اضافه می شود متر از 70 کیلوگرم. اکنون می توانیم آنها را با هم به عنوان 1 جسم 70 کیلویی رفتار کنیم ، زیرا آنها با هم با همان سرعت حرکت می کنند.
3. سرعت را محاسبه کنید. اگر از قبل از سرعت و سرعت بردار دوچرخه سوار اطلاع دارید ، آن را یادداشت کرده و ادامه دهید. اگر هنوز هم باید این را محاسبه کنید ، از یکی از روش های زیر استفاده کنید. این مربوط به سرعت است ، نه سرعت بردار (که سرعت در یک جهت خاص است) ، حتی اگر حرف اغلب باشد v برای سرعت استفاده می شود هر چرخشی را که دوچرخه سوار ایجاد می کند نادیده بگیرید و وانمود کنید که کل مسافت در یک خط مستقیم قرار دارد.
   • اگر دوچرخه سوار در حال حرکت با سرعت ثابت (بدون شتاب) است ، مسیری را که دوچرخه سوار طی کرده اندازه بگیرید و بر تعداد ثانیه هایی که برای طی آن فاصله طول کشید تقسیم کنید. این میانگین سرعت را محاسبه می کند ، که در این سناریو همان سرعت در هر لحظه است.
   • اگر دوچرخه سوار با شتاب ثابت حرکت می کند و تغییر جهت نمی دهد ، سرعت خود را در آن زمان محاسبه کنید تی با فرمول سرعت (زمان t) = (شتاب) (تی) + سرعت اولیه زمان بر حسب ثانیه است ، سرعت در متر بر ثانیه و شتاب در متر بر ثانیه است.
4. اعداد زیر را در فرمول زیر وارد کنید. انرژی جنبشی = (1/2)متر "v. به عنوان مثال ، اگر دوچرخه سوار با سرعت 15 متر بر ثانیه در حرکت باشد ، انرژی جنبشی وی K = (1/2) (70 کیلوگرم) (15 متر در ثانیه) = (1/2) (70 کیلوگرم) است ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 نیوتن متر = 7875 ژول.
   • فرمول انرژی جنبشی را می توان از تعریف کار ، W = FΔ و معادله v = v بدست آورد.₀ + 2aΔ. Δs به "جابجایی" ، یا همچنین مسافت پیموده شده اشاره دارد.

روش 3 از 4: محاسبه ژول به عنوان انرژی الکتریکی

1. انرژی را با استفاده از توان x زمان محاسبه کنید. توان به عنوان انرژی مصرفی در واحد زمان تعریف می شود ، بنابراین می توانیم انرژی مصرف شده را با توان چندین برابر واحد زمان محاسبه کنیم. این برای اندازه گیری توان در وات مفید است ، زیرا 1 وات = 1 ژول در ثانیه. برای اینکه بدانید یک لامپ رشته ای 60 وات در 120 ثانیه چه مقدار انرژی مصرف می کند ، موارد زیر را ضرب کنید: (60 وات) x (120 ثانیه) = 7200 ژول.
   • این فرمول را می توان برای هر نوع نیرو ، اندازه گیری شده در وات استفاده کرد ، اما برق بارزترین است.
2. از مراحل زیر برای محاسبه جریان انرژی در یک مدار الکتریکی استفاده کنید. مراحل زیر به عنوان یک مثال عملی بیان شده است ، اما شما همچنین می توانید از این روش برای درک مسائل فیزیک نظری استفاده کنید. ابتدا توان P را با استفاده از فرمول P = I x R محاسبه می کنیم ، جایی که جریان من در آمپر است و R مقاومت در اهم است. این واحدها به ما توان وات می دهند ، بنابراین از این مرحله به بعد می توانیم فرمول مورد استفاده در مرحله قبل را برای محاسبه انرژی در ژول اعمال کنیم.
3. یک مقاومت انتخاب کنید. مقاومت ها با اهم نشان داده می شوند ، مقدار آنها مستقیماً روی مقاومت نشان داده می شود یا با یک سری حلقه های رنگی نشان داده می شوند. همچنین می توانید مقاومت را با اهم متر یا مولتی متر آزمایش کنید. در این مثال ، ما تصور می کنیم مقاومت ما 10 اهم است.
4. مقاومت را به منبع انرژی (باتری) وصل کنید. برای این کار از گیره استفاده کنید یا مقاومت را در یک مدار آزمایش قرار دهید.
5. اجازه دهید یک جریان از طریق آن برای مدت زمان مشخصی جریان یابد. در این مثال ما 10 ثانیه به عنوان واحد زمان در نظر می گیریم.
6. قدرت جریان را اندازه گیری کنید. این کار را با جریان سنج یا مولتی متر انجام می دهید. بیشتر جریان خانگی بر حسب میلی آمپر است ، بنابراین فرض می کنیم جریان 100 میلی آمپر یا 0.1 آمپر باشد.
7. از فرمول P = I x R استفاده کنید اکنون برای یافتن نیرو ، توان مربع جریان را در مقاومت ضرب می کنید. این به شما قدرت این مدار را در وات می دهد. مربع 0.1 ، 0.01 را نشان می دهد. این را در 10 ضرب کنید و توان خروجی 0.1 وات یا 100 میلی وات خواهید گرفت.
8. توان را در زمان سپری شده ضرب کنید. این انرژی را در ژول تأمین می کند. 0.1 وات در 10 ثانیه برابر با 1 ژول انرژی الکتریکی است.
   • از آنجا که ژول واحد کوچکی است و از آنجا که مصرف انرژی لوازم خانگی معمولاً با وات ، میلی وات و کیلووات نشان داده می شود ، معمولاً راحت تر می توان تعداد کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) مصرفی دستگاه را محاسبه کرد. 1 وات برابر است با 1 ژول در ثانیه ، یا 1 ژول برابر با 1 وات ثانیه است. یک کیلووات برابر با 1 کیلوژول در ثانیه و یک کیلوژول برابر با 1 کیلووات ثانیه است. در یک ساعت 3600 ثانیه وجود دارد ، بنابراین 1 کیلووات ساعت برابر با 3،600 کیلووات ثانیه ، 3،600 کیلوژول یا 3،600،000 ژول است.

روش 4 از 4: محاسبه گرما در ژول

1. جرم جسمی را که به آن گرما اضافه می شود تعیین کنید. برای این کار از ترازو یا ترازو استفاده کنید. اگر جسم مایع است ، ابتدا ظرف خالی مایع را درون آن وزن کنید. باید این مقدار را از جرم ظرف و مایع کم کنید تا جرم مایع پیدا شود. در این مثال فرض می کنیم که جسم 500 گرم آب باشد.
   • از گرم استفاده کنید ، نه از واحد دیگر ، در غیر این صورت نتیجه به ژول داده نمی شود.
2. گرمای خاص جسم را تعیین کنید. این اطلاعات را می توان در کتابهای مرجع شیمی binas یافت ، اما می توانید آنها را به صورت آنلاین نیز پیدا کنید. این گرمای ویژه آب است ج معادل 4.19 ژول در هر گرم برای هر درجه سانتیگراد - یا 4.1855 ، اگر می خواهید بسیار دقیق باشید.
   • گرمای خاص بسته به دما و فشار کمی متفاوت است. سازمانها و كتب درسی مختلف از "درجه حرارت استاندارد" مختلفی استفاده می كنند ، بنابراین شما می توانید برای گرمای خاص آب تا 4179 درجه پیدا كنید.
   • همچنین می توانید از کلوین به جای سانتیگراد استفاده کنید ، زیرا درجه 1 برای هر دو ظرف یکسان است (گرم کردن چیزی با 3 درجه سانتیگراد همان 3 کلوین است). از فارنهایت استفاده نکنید در غیر این صورت نتیجه در ژول داده نمی شود.
3. دمای فعلی جسم را تعیین کنید. اگر جسم مایع باشد ، می توانید از دماسنج معمولی (جیوه ای) استفاده کنید. برای اشیا other دیگر ممکن است به دماسنج دارای یک پروب نیاز داشته باشید.
4. جسم را گرم کرده و دوباره دما را اندازه بگیرید. این به شما امکان می دهد میزان گرمای اضافه شده به یک جسم در هنگام گرم شدن را اندازه گیری کنید.
   • اگر می خواهید مقدار کل انرژی ذخیره شده به صورت گرما را بدانید ، می توانید وانمود کنید که دمای اولیه صفر مطلق بوده است: 0 کلوین یا 15/273- درجه سانتیگراد.
5. دمای اولیه را از دمای بعد از گرم شدن کم کنید. این باعث تغییر در دمای جسم می شود. با فرض اینکه آب در ابتدا 15 درجه سانتیگراد بود و پس از گرم شدن آن 35 درجه سانتیگراد بود ، بنابراین تغییر دما 20 درجه سانتیگراد است.
6. جرم جسم را در گرمای خاص و تغییر دما ضرب کنید. شما این فرمول را به صورت H = می نویسیدمکΔت، جایی که ΔT نشان دهنده "تغییر دما" است. در این مثال ، این حالت 500 گرم x 4.19 20 20 = 41،900 ژول می شود.
   • گرما به طور کلی با کالری یا کیلو کالری بیان می شود. کالری به عنوان مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش 1 گرم آب در درجه حرارت 1 درجه سانتیگراد تعریف می شود ، در حالی که کیلو کالری (یا کالری) مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش درجه حرارت 1 کیلوگرم آب به میزان 1 درجه سانتیگراد است. . در مثال بالا ، افزایش دمای 500 گرم آب به میزان 20 درجه سانتیگراد به 10،000 کالری یا 10 کیلو کالری نیاز دارد.

نکات

• مربوط به ژول واحد دیگری از کار و انرژی به نام erg است. 1 erg برابر است با 1 نیروی داین برابر مسافت 1 سانتی متر. یک ژول برابر است با 10،000،000 erg.

هشدارها

• اگرچه اصطلاحات "ژول" و "نیوتن متر" به یک واحد واحد اشاره دارند ، اما در عمل از "ژول" برای نشان دادن هر نوع انرژی و برای کارهایی که در یک خط مستقیم انجام می شود استفاده می شود ، مانند مثال بالا رفتن از پله ها در بالا. هنگامی که برای محاسبه گشتاور (نیرو بر روی یک جسم چرخان) استفاده می شود ، اصطلاح "متر نیوتن" را ترجیح می دهیم.

ضروریات

محاسبه انرژی کار یا انرژی حرکتی:

• کرونومتر یا تایمر
• ترازو یا تعادل
• ماشین حساب با تابع کسینوس (فقط برای کار ، همیشه لازم نیست)

محاسبه انرژی الکتریکی:

• مقاومت
• سیمها یا تخته تست
• مولتی متر (یا اهم متر و کنتور فعلی)
• کلیپ های Fahnestock یا تمساح

حرارت:

• شی گرم شود
• منبع گرما (مانند مشعل Bunsen)
• دماسنج (دماسنج مایع یا دماسنج دارای پروب)
• مرجع شیمی / شیمی (برای یافتن گرمای خاص جسمی که گرم می شود)