Inhalt

• Ze trëppelen
• Method 1 vu 4: Berechnung vun der Aarbecht an Joule
• Methode 2 vu 4: Berechnung vun der kinetescher Energie an Joule
• Methode 3 vu 4: Berechent de Joule als elektresch Energie
• Method 4 vun 4: Berechnung vun der Hëtzt an Joule
• Tipps
• Warnungen
• Noutwendegkeete

D'Joule (J), benannt nom englesche Physiker James Edward Joule, ass eng vun de wichtegsten Eenheete vum International Metric System. D'Joule gëtt als Eenheet vun Aarbecht, Energie an Hëtzt benotzt a gëtt wäit an der Wëssenschaft benotzt. Wann Dir wëllt datt Är Äntwert an Joule ass, benotzt ëmmer déi Standard wëssenschaftlech Eenheeten.

Ze trëppelen

Method 1 vu 4: Berechnung vun der Aarbecht an Joule

1. D'Definitioun vun der Aarbecht. Aarbecht gëtt definéiert als eng konstant Kraaft déi op en Objet applizéiert gëtt fir e gewëssen Ofstand ze bewegen. Wann net méi wéi eng Kraaft ugewannt gëtt, kann et als berechent ginn Kraaft X Distanz, a kann an Eenheeten vun Joule geschriwwe ginn (entsprécht engem "Newton Meter"). An eisem éischte Beispill huele mir eng Persoun déi e Gewiicht vum Buedem op d'Broschthéicht bäifüüge wëll a mir berechnen wéi vill Aarbecht déi Persoun gemaach huet.
   • D'Kraaft muss an d'Richtung vun der Bewegung applizéiert ginn. Wann Dir en Objet hält a viru fuert, gëtt keng Aarbecht um Objet gemaach, well Dir dréckt den Objet net a Richtung vu senger Bewegung.
2. Bestëmmt d'Mass vum Objet deen geréckelt gëtt. D'Mass vun engem Objet ass gebraucht fir d'Kraaft ze berechnen déi néideg ass fir en ze bewegen. An eisem Beispill soen mir datt d'Gewiicht eng Mass vun 10 kg huet.
   • Benotzt net Pond oder aner Eenheeten déi net Standard sinn oder déi lescht Äntwert wäert net an Joule sinn.
3. Berechent d'Kraaft. Kraaft = Mass x Beschleunegung. An eisem Beispill, e Gewiicht riicht erop ze hiewen, d'Beschleunegung déi mir probéieren ze iwwerwannen ass gläich wéi d'Gravitatioun, 9,8 m / s no ënnen. Berechent déi néideg Kraaft fir d'Gewiicht opzehiewen mat (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newton (N).
   • Wann den Objet horizontal geréckelt gëtt, dann ass d'Schwéierkraaft irrelevant. Amplaz kann de Problem Iech froen d'Kraaft ze berechnen déi néideg ass fir d'Reiwungswidderstand ze iwwerwannen. Wann et gëtt wat d'Beschleunegung vum Objet ass wann et gedréckt gëtt, da kënnt Dir déi gegebene Beschleunegung mat der Mass multiplizéieren.
4. Maacht d'Distanz wou den Objet geréckelt gëtt. An dësem Beispill gi mir dervun aus datt d'Gewiicht 1,5 Meter (m) opgehuewe gëtt. D'Distanz muss a Meter gemooss ginn, soss kann d'Finale Äntwert net an de Joule opgeholl ginn.
5. Multiplizéiert d'Kraaft duerch d'Distanz. Fir e Gewiicht vun 98 Newton 1,5 Meter ze hiewen, musst Dir 98 x 1,5 = 147 Joule Aarbecht maachen.
6. Berechent d'Aarbecht fir Objeten déi sech an engem Wénkel bewegen. Eist Beispill hei uewen war einfach: een huet eng erop Kraaft op den Objet ugewannt, an den Objet ass eropgaang. Heiansdo sinn d'Richtung vun der Kraaft an d'Bewegung vum Objet net ganz déiselwecht, well verschidde Kräften op den Objet handelen. Am folgenden Beispill gi mir auszerechnen wéivill Joule et brauch fir e Schlitt 25 Meter duerch de Schnéi ze zéien andeems en e Seel un de Schlitt an engem Wénkel vun 30º zu der horizontaler zitt. Folgend hält: Aarbecht = Kraaft x cos (θ) x Distanz. D '"Symbol" ass de griichesche Buschtaf "theta" a stellt de Wénkel tëscht der Kraaftrichtung an der Richtung vun der Bewegung duer.
7. Bestëmmt déi total ugewannt Kraaft. An dësem Problem soe mir datt een d'Seel mat enger Kraaft vun 10 Newton zitt.
   • Wann eng Kraaft "no riets", "erop" oder "an der Richtung vun der Bewegung" scho ginn ass, "Kraaft x cos (") "ass wéi berechent, an Dir kënnt virgoen fir d'Wäerter ze multiplizéieren.
8. Berechent déi relevant Kraaft. Nëmmen en Deel vun der Kraaft zitt d'Kutsch no vir. Well d'Seel am Wénkel erop ass, probéiert déi reschtlech Kraaft d'Kutsch erop ze hiewen, géint d'Gravitatioun. Berechent d'Kraaft an d'Richtung vun der Bewegung:
   • An eisem Beispill ass de Wénkel θ tëscht dem Buedem an dem Seel 30º.
   • Berechent cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = ongeféier 0,866. Dir kënnt e Rechner benotze fir dëse Wäert ze fannen, awer gitt sécher datt Äre Rechner déi richteg Eenheet benotzt wéi dee wou de Wénkel uginn ass (Grad oder Radialen).
   • Multiplizéiert d'Gesamtkraaft x cos (θ). An eisem Beispill, 10N x 0,866 = 8,66 N a Richtung Bewegung.
9. Multiplizéieren Kraaft x Distanz. Elo wësse mer wéi vill Kraaft an d'Richtung vun der Bewegung ausgeübt gëtt, kënne mir d'Aarbecht wéi ëmmer ausrechnen. Eise Problem seet eis datt d'Kutsch 20 Meter no vir geschleeft gouf, dofir berechne mir 8,66 N x 20 m = 173,2 Joule Aarbecht.

Methode 2 vu 4: Berechnung vun der kinetescher Energie an Joule

1. Verstinn e puer kinetesch Energie. Kinetesch Energie ass d'Quantitéit vun Energie a Form vu Bewegung. Wéi mat all Form vun Energie kann et an Joule ausgedréckt ginn.
   • Kinetesch Energie ass gläich wéi d'Aarbecht gemaach fir e stationären Objet zu enger gewësser Geschwindegkeet ze beschleunegen. Wann dës Geschwindegkeet erreecht ass, behält den Objet dës Quantitéit u kinetescher Energie bis dës Energie an Hëtzt ëmgewandelt gëtt (duerch Reibung), Gravitatiounsenergie (andeems se géint d'Gravitatioun geet) oder aner Aarte vun Energie.
2. Bestëmmt d'Mass vum Objet. Zum Beispill kënne mir d'kinetesch Energie vun engem Vëlo an engem Cyclist moossen. Ugeholl datt de Cyclist eng Mass vu 50 kg huet an de Vëlo eng Mass vun 20 kg. Dat ergëtt eng total Mass m vun 70 kg. Mir kënnen se elo als 1 Objet vu 70 kg behandelen, well se mat der selwechter Geschwindegkeet zesumme bewegen.
3. Berechent d'Vitesse. Wann Dir de Velosgeschwindegkeet oder Vektorgeschwindegkeet scho wësst, schreift se op a fuert weider. Wann Dir dëst ëmmer nach ausrechnen musst, benotzt eng vun de Methoden hei ënnendrënner. Dëst betrëfft d'Geschwindegkeet, net d'Vektorgeschwindegkeet (wat d'Geschwindegkeet an enger bestëmmter Richtung ass), och wann de Bréif dacks ass v benotzt fir Geschwindegkeet. Ignoréiert all Dréiungen déi de Cyclist mécht a maacht wéi wann déi ganz Distanz an enger riichter Linn wier.
   • Wann de Cyclist mat enger konstanter Geschwindegkeet bewegt (keng Beschleunegung), moosst d'Distanz déi de Cyclist gereest huet an deelt mat der Zuel vun de Sekonnen, déi et gedauert huet fir dës Distanz ze decken. Dëst rechent d'Duerchschnëttsgeschwindegkeet, déi an dësem Szenario d'selwecht ass wéi d'Geschwindegkeet zu all Moment.
   • Wann de Cyclist mat enger konstanter Beschleunegung bewegt a keng Richtung ännert, berechent seng Vitesse zu där Zäit t mat der Formel 'Geschwindegkeet (Zäit t) = (Beschleunegung) (t) + Ufanksgeschwindegkeet. Zäit ass a Sekonnen, Geschwindegkeet a Meter / Sekonn a Beschleunegung a m / s.
4. Gitt déi folgend Zuelen an der folgender Formel. Kinetesch Energie = (1/2)m "v. Zum Beispill, wann de Cyclist mat enger Geschwindegkeet vun 15 m / s bewegt, da ass seng kinetesch Energie K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 Newton Meter = 7875 Joule.
   • D'Formel fir déi kinetesch Energie kann aus der Definitioun vun der Aarbecht ofgeleet ginn, W = FΔs, an d'Gleichung v = v₀ + 2aΔs. Δs bezitt sech op "Verdrängung", oder och op d'Distanz.

Methode 3 vu 4: Berechent de Joule als elektresch Energie

1. Berechent Energie mat Kraaft x Zäit. Kraaft gëtt definéiert wéi d'Energie verbraucht pro Eenheet vun der Zäit, sou datt mir déi verbraucht Energie duerch d'Kraaft mol d'Zäit vun der Zäit berechnen. Dëst ass nëtzlech wann Dir Kraaft a Watt moosst, well 1 Watt = 1 Joule / Sekonn. Fir erauszefannen wéi vill Energie eng 60W Glühbir an 120 Sekonne benotzt, multiplizéiert Dir déi folgend: (60 Watt) x (120 Sekonnen) = 7200 Joule.
   • Dës Formel kann fir all Zort vu Kraaft benotzt ginn, gemooss an Watts, awer Elektrizitéit ass dat offensichtlechst.
2. Benotzt d'Schrëtt hei ënnendrënner fir den Energieflëss an engem elektresche Circuit ze berechnen. Déi ënnendrënner Schrëtt sinn als praktescht Beispill duergestallt, awer Dir kënnt dës Method och benotze fir theoretesch Physikprobleemer ze verstoen. Als éischt berechnen mir d'Kraaft P mat der Formel P = I x R, wou ech de Stroum an Ampere sinn an R de Widderstand an Ohm ass. Dës Eenheeten ginn eis d'Kraaft a Watts, also vun dësem Punkt un kënne mir d'Formel applizéieren déi am fréiere Schrëtt benotzt gouf fir d'Energie an Joule ze berechnen.
3. Wielt e Widderstand. Widderstänn ginn an Ohm uginn, mat hirem Wäert direkt um Widderstand uginn, oder duerch eng Serie vu faarwege Réng uginn. Dir kënnt och e Widderstand testen mat engem Ohmmeter oder Multimeter. An dësem Beispill gi mir dervun aus datt d'Resistenz déi mir benotzen 10 Ohm ass.
4. Verbënnt de Widderstand mat enger Energiequell (Batterie). Benotzt Klammern dofir oder placéiert de Widderstand an engem Testcircuit.
5. Loosst e Stroum fir eng gewëssen Zäit driwwer fléissen. An dësem Beispill huele mir 10 Sekonnen als Zäitunitéit.
6. Mooss d'Kraaft vum Stroum. Dir maacht dat mat engem Stroummeter oder engem Multimeter. Déi meescht Haushaltstroum ass a Milliampere, also huele mir un, datt de Stroum 100 Milliampere ass, oder 0,1 Ampère.
7. Benotzt d'Formel P = I x R. Elo fir d'Kraaft ze fannen multiplizéiert Dir de Quadratkraft vum Stroum duerch de Widderstand. Dëst gitt Iech d'Kraaft vun dësem Circuit a Watt. De Quadrat vun 0,1 gëtt 0.01. Multiplizéiert dëst mat 10, an Dir kritt eng Ausgangsleeschtung vun 0,1 Watt, oder 100 Milliwatt.
8. Multiplizéiert d'Kraaft mat der vergaangener Zäit. Dëst liefert d'Energie an Joule. 0,1 Watt x 10 Sekonnen ass 1 Joule vun elektrescher Energie.
   • Well de Joule eng kleng Eenheet ass a well den Energieverbrauch vun Apparater normalerweis a Watt, Milliwatt a Kilowatt uginn ass, ass et dacks méi bequem d'Zuel vun de kWh (Kilowattstonnen) vun engem Apparat ze berechnen. 1 Watt ass 1 Joule pro Sekonn, oder 1 Joule ass 1 Watt Sekonn; e Kilowatt ass gläich wéi 1 Kilojoule pro Sekonn an ee Kilojoule ass gläich wéi 1 Kilowatt Sekonn. Et sinn 3.600 Sekonnen an enger Stonn, also 1 Kilowatt-Stonn ass gläich wéi 3.600 Kilowatt-Sekonnen, 3.600 Kilojoule, oder 3.600.000 Joule.

Method 4 vun 4: Berechnung vun der Hëtzt an Joule

1. Bestëmmt d'Mass vum Objet op deen d'Hëtzt bäigefüügt gëtt. Benotzt e Gläichgewiicht oder Skalen dofir. Wann den Objet eng Flëssegkeet ass, waacht fir d'éischt deen eidele Container an deen d'Flëssegkeet an geet. Dir musst dëst vun der Mass vum Container a Flëssegkeet zéien fir d'Mass vun der Flëssegkeet ze fannen. An dësem Beispill gi mir dervun aus datt den Objet 500 Gramm Waasser ass.
   • Benotzt Gramm, net eng aner Eenheet, soss gëtt d'Resultat net an de Joule ginn.
2. Bestëmmt d'spezifesch Hëtzt vum Objet. Dës Informatioun kann a Binas Chemie Referenzbicher fonnt ginn, awer Dir kënnt se och online fannen. Dëst ass déi spezifesch Hëtzt fir Waasser c entsprécht 4,19 Joule pro Gramm fir all Grad Celsius - oder 4.1855, wann Dir ganz präzis wëllt sinn.
   • Spezifesch Hëtzt variéiert liicht ofhängeg vun der Temperatur an dem Drock. Verschidde Organisatiounen a Léierbicher benotze verschidde "Standardtemperaturen", sou datt Dir esou vill wéi 4.179 fir déi spezifesch Hëtzt vum Waasser fënnt.
   • Dir kënnt och Kelvin amplaz Celsius benotzen, well 1 Grad d'selwecht fir béid Platen (Heizung eppes mat 3ºC ass d'selwecht wéi mat 3 Kelvin). Benotzt Fahrenheit net oder d'Resultat gëtt net an de Joule gegeben.
3. Bestëmmt déi aktuell Temperatur vum Objet. Wann den Objet eng Flëssegkeet ass, kënnt Dir e normale (Quecksëlwer) Thermometer benotzen. Fir aner Objeten braucht Dir en Thermometer mat enger Sond.
4. Heëtzt den Objet a moosst d'Temperatur erëm. Dëst erlaabt Iech d'Quantitéit vun der Hëtzt ze moossen, déi beim Heizung zu engem Objet bäigefüügt gouf.
   • Wann Dir de Gesamtbetrag vun Energie wësse wëllt a Form vun Hëtzt gespäichert ass, kënnt Dir maache wéi wann déi initial Temperatur absolut Null war: 0 Kelvin oder -273.15ºC.
5. Huelt d'originell Temperatur vun der Temperatur no der Heizung of. Dëst gëtt dem Resultat d'Verännerung vun der Temperatur vum Objet. Unzehuelen datt d'Waasser ufanks 15 Grad Celsius war an no der Erhëtzung et 35 Grad Celsius war, ass d'Temperaturwiessel also 20 Grad Celsius.
6. Multiplikéiert d'Mass vum Objet mat der spezifescher Hëtzt an der Temperaturännerung. Dir schreift dës Formel als H =mcΔT., wou ΔT de "Changement vun der Temperatur" duerstellt. An dësem Beispill gëtt dëst 500g x 4,19 x 20 = 41.900 Joule.
   • Hëtzt gëtt normalerweis a Kalorien oder Kilokalorien ausgedréckt. Eng Kalorie ass definéiert wéi d'Quantitéit vun der Hëtzt déi néideg ass fir 1 Gramm Waasser an der Temperatur ëm 1 Grad Celsius eropzegoen, wärend eng Kilokalorie (oder Kalorie) d'Quantitéit vum Wärme brauch fir d'Temperatur vun 1 Kilogramm Waasser ëm 1 Grad Celsius ze erhéijen. . Am Beispill hei uewen, d'Temperatur vu 500 Gramm Waasser ëm 20 Grad Celsius ze erhéijen erfuerdert 10.000 Kalorien oder 10 Kilokalorien.

Tipps

• Verknäppt mat der Joule ass eng aner Eenheet vun Aarbecht an Energie genannt Erg; 1 erg entsprécht 1 dyne Kraaft mol eng Distanz vun 1 cm. Eng Joule ass gläich wéi 10.000.000 erg.

Warnungen

• Och wann d'Begrëffer "Joule" an "Newton Meter" op déiselwecht Eenheet bezéien, gëtt an der Praxis den "Joule" benotzt fir all Form vun Energie unzeginn a fir Aarbechten, déi an enger riichter Linn gemaach ginn, wéi am Beispill uewen erop ze klammen. Wa benotzt fir d'Drehmoment ze berechnen (Kraaft op en rotéierend Objet), hu mir de Begrëff "Newton Meter" léiwer.

Noutwendegkeete

Berechent Aarbecht oder Kinetesch Energie:

• Stopwatch oder Timer
• Libra oder Balance
• Rechner mat enger Kosinusfunktioun (nëmme fir Aarbecht, net ëmmer néideg)

Elektresch Energie berechnen:

• Widderstand
• Dréit ofgepëtzt oder engem Test Board
• Multimeter (oder en Ohmmeter an en aktuelle Meter)
• Fahnestock oder Alligator Clips

Hëtzt:

• Objet ze heizen
• Hëtztquell (wéi e Bunsen Brenner)
• Thermometer (e flëssegen Thermometer oder Thermometer mat enger Sond)
• Chimie / Chimie Referenz (fir déi spezifesch Hëtzt vum Objet ze fannen deen erhëtzt gëtt)