Джоульді есептеңіз

Мазмұны

Басу үшін
4-тің 1 әдісі: Джулдегі жұмысты есептеу
4-тен 2-әдіс: Джоульдегі кинетикалық энергияны есептеу
4-тің 3 әдісі: Джоульді электр энергиясы ретінде есептеу
4-тің 4 әдісі: Джоульдегі жылуды есептеу
Кеңестер
Ескертулер
Қажеттіліктер

Ағылшын физигі Джеймс Эдвард Джулдың есімімен аталған джоуль (J) - Халықаралық метрикалық жүйенің маңызды бөліктерінің бірі. Джоуль жұмыс, энергия және жылу бірлігі ретінде қолданылады және ғылымда кеңінен қолданылады. Егер сіздің жауабыңыз джулде болғанын қаласаңыз, әрқашан стандартты ғылыми бөлімдерді қолданыңыз.

Басу үшін

4-тің 1 әдісі: Джулдегі жұмысты есептеу

Еңбектің анықтамасы. Жұмыс объектіні белгілі бір қашықтыққа жылжыту үшін оған қолданылатын тұрақты күш ретінде анықталады. Егер бірден көп күш қолданылмаса, оны келесідей есептеуге болады күш X қашықтық, және джоуль өлшем бірлігінде жазылуы мүмкін («Ньютон метріне» тең). Біздің бірінші мысалда еденнен кеуде биіктігіне салмақ қосқысы келетін адамды аламыз және ол адамның қанша жұмыс жасағанын есептейміз.
- Күш қозғалыс бағытында қолданылуы керек. Затты ұстап тұрып, алға жүру кезінде объектіде ешқандай жұмыс жасалмайды, өйткені сіз оны затты оның қозғалу бағытына итермелемейсіз.
Жылжытылатын заттың массасын анықтаңыз. Заттың массасы оны жылжытуға қажет күшті есептеу үшін қажет. Біздің мысалда салмақтың салмағы 10 кг болатындығын айттық.
- Стандартты емес фунт стерлингтерді немесе басқа бірліктерді пайдаланбаңыз, әйтпесе соңғы жауап джоульде болмайды.
Күшті есептеңіз. Күш = масса х үдеу. Біздің мысалда салмақты тіке көтеру, үдету ауырлық күшіне тең, төмен қарай 9,8 м / с. (10 кг) x (9,8 м / с) = 98 кг м / с = 98 Ньютон (N) көмегімен салмақты көтеру үшін қажет күшті есептеңіз.
- Егер объект көлденеңінен қозғалса, онда ауырлық күші маңызды емес. Керісінше, проблема үйкеліс кедергісін жеңу үшін қажет күшті есептеуге мәжбүр етуі мүмкін. Егер объект итерген кезде оның үдеуі қандай болса, онда берілген үдеуді массаға көбейтуге болады.
Нысан жылжытылатын қашықтықты өлшеңіз. Бұл мысалда біз салмақ 1,5 метр (м) көтерілді деп есептейміз. Қашықтықты метрмен өлшеу керек, әйтпесе соңғы жауабын Джоульде жазу мүмкін емес.
Күшті арақашықтыққа көбейтіңіз. 98 Ньютон салмағын 1,5 метр көтеру үшін сізге 98 x 1.5 = 147 Джоул жұмыс істеу керек.
Бұрышпен қозғалатын заттар үшін еңбекті есептеңіз. Біздің жоғарыдағы мысал қарапайым болды: біреу объектіге жоғары күш қолданды, ал зат жоғары көтерілді. Кейде күштің бағыты мен заттың қозғалысы бірдей емес, өйткені затқа бірнеше күш әсер етеді. Келесі мысалда шанаға бекітілген арқанды көлденеңінен 30º бұрышпен тарту арқылы шананы қардан 25 метрге сүйреп апару үшін қанша Джоулдың қажет екенін есептеп шығарамыз. Мыналар орындалады: жұмыс = күш x cos (θ) x арақашықтық. «Символ» гректің «тета» әрпі болып табылады және күш пен қозғалыс бағыты арасындағы бұрышты білдіреді.
Қолданылған жалпы күшті анықтаңыз. Бұл мәселеде біз біреу 10 Ньютонның күшімен арқанды тартады деп айтамыз.
- Егер «оңға», «жоғарыға» немесе «қозғалыс бағытында» күш берілсе, «күш x cos («) »есептелгендей болады және сіз мәндерді көбейтуге кірісе аласыз.
Тиісті күшті есептеңіз. Күштің бір бөлігі ғана күймені алға қарай тартады. Арқан бұрышта жоғары тұрғандықтан, қалған күш ауырлық күшіне қарсы тұра отырып, арбаны жоғары көтеруге тырысады. Күшті қозғалыс бағытына есептеңіз:
- Біздің мысалда жер мен арқанның арасындағы θ бұрышы 30 is.
- Cos (θ) есептеңіз. cos (30º) = (√3) / 2 = шамамен 0,866. Бұл мәнді табу үшін калькуляторды қолдануға болады, бірақ сіздің калькуляторыңыз бұрыштың (градуста немесе радианмен) көрсетілген өлшем бірліктерін қолданғанына көз жеткізіңіз.
- Толық күш x cos (θ) көбейтіңіз. Біздің мысалда қозғалыс бағыты бойынша 10N x 0.866 = 8.66 N.
X арақашықтықты күшейтіңіз. Енді қозғалыс бағытына қанша күш түсетінін білгендіктен, жұмысты әдеттегідей есептей аламыз. Біздің проблема арбаны 20 метр алға сүйрегенін айтады, сондықтан біз 8,66 N x 20 m = 173,2 джоул жұмыс есептейміз.

4-тен 2-әдіс: Джоульдегі кинетикалық энергияны есептеу

Кейбір кинетикалық энергияны түсіну. Кинетикалық энергия - бұл қозғалыс түріндегі энергия мөлшері. Энергияның кез-келген түрінде сияқты, оны Джоульде де көрсетуге болады.
- Кинетикалық энергия қозғалмайтын затты белгілі бір жылдамдыққа дейін үдету үшін жасалған жұмыс көлеміне тең. Осы жылдамдыққа жеткеннен кейін, зат сол энергияны жылу (үйкеліс), гравитациялық энергия (ауырлық күшіне қарсы) немесе басқа энергия түріне айналғанға дейін кинетикалық энергияның осы мөлшерін сақтайды.
Заттың массасын анықтаңыз. Мысалы, біз велосипед пен велосипедшінің кинетикалық энергиясын өлшей аламыз. Велосипедшінің массасы 50 кг, ал велосипедтің массасы 20 кг дейік. Бұл жалпы массаны қосады м 70 кг. Енді біз оларды 70 кг-дық 1 объект ретінде қарастыра аламыз, өйткені олар бірдей жылдамдықпен бірге қозғалады.
Жылдамдықты есептеңіз. Егер сіз велосипедшінің жылдамдығын немесе векторлық жылдамдығын білсеңіз, оны жазып, әрі қарай жүріңіз. Егер сізге мұны есептеу қажет болса, төмендегі әдістердің бірін қолданыңыз. Бұл векторлық жылдамдыққа емес, жылдамдыққа қатысты (бұл белгілі бір бағыттағы жылдамдық), әріпті жиі кездеседі v жылдамдық үшін қолданылады. Велосипедшінің кез-келген бұрылысына назар аудармаңыз және бүкіл қашықтық түзу сызықта екенін көрсетіңіз.
- Егер велосипедші тұрақты жылдамдықпен қозғалса (үдеуі болмаса), велосипедшінің жүріп өткен жолын өлшеп, осы қашықтықты өту үшін қанша секундқа бөліңіз. Бұл орташа жылдамдықты есептейді, бұл осы сценарийде кез-келген сәттегі жылдамдықпен бірдей.
- Егер велосипедші тұрақты үдеумен қозғалса және бағытын өзгертпесе, оның сол кездегі жылдамдығын есептеңіз т ’формуласымен’ жылдамдық (уақыт t) = (үдеу) (т) + бастапқы жылдамдық. Уақыт секундпен, жылдамдық метрмен / секунд және үдеу м / с-пен.
Келесі формулаға келесі сандарды енгізіңіз. Кинетикалық энергия = (1/2)м «v. Мысалы, егер велосипедші 15 м / с жылдамдықпен қозғалса, онда оның кинетикалық энергиясы K = (1/2) (70 кг) (15 м / с) = (1/2) (70 кг) (болады) 15 м / с) (15 м / с) = 7875 кгм / с = 7875 Ньютон метр = 7875 джоуль.
- Кинетикалық энергияның формуласын жұмыс анықтамасынан, W = FΔs және v = v теңдеуінен алуға болады.₀ + 2aΔs. Δs «ығысу» немесе сонымен бірге жүріп өткен қашықтықты білдіреді.

4-тің 3 әдісі: Джоульді электр энергиясы ретінде есептеу

X қуатын пайдаланып энергияны есептеңіз. Қуат уақыт бірлігіне жұмсалатын энергия ретінде анықталады, сондықтан біз тұтынылған энергияны уақыт бірлігіндегі қуат еселерімен есептей аламыз. Бұл қуатты ваттмен өлшегенде пайдалы, өйткені 1 ватт = 1 Джоуль / секунд. 60 Вт қыздыру шамы қанша секунд ішінде 120 секундта энергияны қолданатынын білу үшін мынаны көбейтіңіз: (60 ватт) х (120 секунд) = 7200 джул.
- Бұл формуланы ваттпен өлшенетін кез-келген қуат үшін пайдалануға болады, бірақ электр энергиясы ең айқын.
Электр тізбегіндегі энергия шығынын есептеу үшін төмендегі қадамдарды қолданыңыз. Төмендегі қадамдар практикалық мысал ретінде көрсетілген, бірақ сіз теориялық физика мәселелерін түсіну үшін осы әдісті қолдана аласыз. Біріншіден, P қуатын P = I x R формуласы бойынша есептейміз, мұндағы I - ампердегі ток, ал R - омдағы кедергі. Бұл қондырғылар бізге қуатты ваттмен береді, сондықтан осы кезден бастап Джоульдегі энергияны есептеу үшін алдыңғы қадамда қолданылған формуланы қолдана аламыз.
Резисторды таңдаңыз. Резисторлар оммен көрсетілген, олардың мәні тікелей резисторда көрсетілген немесе түрлі-түсті сақиналармен көрсетілген. Омметрмен немесе мультиметрмен де қарсылықты тексеруге болады. Бұл мысалда біз қолданатын кедергі 10 Ом деп есептейміз.
Резисторды қуат көзіне (батареяға) қосыңыз. Ол үшін қысқыштарды қолданыңыз немесе резисторды сынақ тізбегіне салыңыз.
Ол арқылы белгілі бір уақыт аралығында ток өтсін. Бұл мысалда біз уақыт бірлігі ретінде 10 секундты аламыз.
Ағымның күшін өлшеңіз. Сіз мұны шығын өлшегішпен немесе мультиметрмен жасайсыз. Тұрмыстық токтың көп бөлігі миллиамптарда, сондықтан біз ток күші 100 миллиамп немесе 0,1 ампер деп есептейміз.
P = I x R формуласын қолданыңыз. Енді қуатты табу үшін сіз токтың квадрат қуатын қарсылыққа көбейтесіз. Бұл сізге осы схеманың қуатын ватт бойынша береді. 0,1 квадраты 0,01 береді. Мұны 10-ға көбейтіңіз, сонда сіз 0,1 ватт немесе 100 милливатт қуат аласыз.
Өткен уақытқа қуатты көбейтіңіз. Бұл Джоульдегі энергияны қамтамасыз етеді. 0,1 ватт x 10 секунд 1 джоуль электр энергиясына тең.
- Джоуль шағын қондырғы болғандықтан және электр қуатын тұтыну әдетте ватт, милливатт және киловаттпен көрсетілгендіктен, құрылғы тұтынған кВтсағ (киловатт сағат) санын есептеу ыңғайлы. 1 ватт секундына 1 джоульге тең, немесе 1 джоуль 1 ватт секундқа тең; бір киловатт секундына 1 килоджоульге және бір килоджуль секундына 1 киловаттқа тең. Бір сағатта 3600 секунд бар, сондықтан 1 киловатт-сағат 3600 киловатт-секундқа, 3600 килоджоульге немесе 3 600 000 джоульге тең.

4-тің 4 әдісі: Джоульдегі жылуды есептеу

Жылулық қосылатын заттың массасын анықтаңыз. Ол үшін таразыны немесе таразыны қолданыңыз. Егер зат сұйықтық болса, алдымен сұйықтық құйылатын бос ыдысты өлшеңіз. Сұйықтықтың массасын табу үшін оны ыдыс пен сұйықтықтың массасынан бірге алып тастауға тура келеді. Бұл мысалда біз объект 500 грамм су деп болжаймыз.
- Басқа бірлік емес, грамдарды қолданыңыз, әйтпесе нәтиже Джоульде берілмейді.
Заттың меншікті жылуын анықтаңыз. Бұл ақпаратты binas химия анықтамалықтарынан табуға болады, бірақ сіз оны Интернеттен таба аласыз. Бұл су үшін ерекше жылу c Цельсий бойынша әр градус үшін 4,19 джоульге тең - немесе егер сіз дәлірек айтқыңыз келсе, 4,1855.
- Меншікті жылу температура мен қысымға байланысты аздап өзгереді. Әр түрлі ұйымдар мен оқулықтарда әр түрлі «стандартты температуралар» қолданылады, сондықтан сіз судың меншікті жылуы үшін 4179-ге дейін таба аласыз.
- Сонымен қатар, Цельсийдің орнына Кельвинді қолдануға болады, өйткені екі тағам үшін де 1 градус бірдей болады (3ºС-пен қыздыру 3 Кельвинмен бірдей). Фаренгейт қолданбаңыз, әйтпесе Джоульде нәтиже берілмейді.
Заттың ағымдағы температурасын анықтаңыз. Егер зат сұйықтық болса, сіз кәдімгі (сынап) термометрді қолдана аласыз. Басқа нысандар үшін зондты термометр қажет болуы мүмкін.
Затты қыздырып, температураны қайтадан өлшеңіз. Бұл қыздыру кезінде затқа қосылған жылу мөлшерін өлшеуге мүмкіндік береді.
- Егер сіз жылу түрінде жинақталған энергияның жалпы көлемін білгіңіз келсе, онда сіз бастапқы температура абсолютті нөлге тең болғанын көрсете аласыз: 0 Кельвин немесе -273,15ºС.
Қыздырудан кейінгі температурадан бастапқы температураны алып тастаңыз. Бұл нәтиже объектінің температурасының өзгеруін береді. Су бастапқыда 15 градус, ал қызғаннан кейін 35 градус болды деп есептесек, температураның өзгеруі 20 градус болады.
Заттың массасын меншікті жылу мен температураның өзгеруіне көбейтіңіз. Сіз бұл формуланы H = түрінде жазасызmcΔТ., мұндағы ΔT «температураның өзгеруін» білдіреді. Бұл мысалда бұл 500 г x 4.19 x 20 = 41.900 джоульге айналады.
- Жылу көбінесе калория немесе килокалориямен көрсетіледі. Калория деп 1 грамм судың температурасын 1 градусқа көтеруге жұмсалатын жылу мөлшері анықталады, ал килокалория (немесе калория) - бұл 1 килограмм судың температурасын 1 градусқа көтеру үшін қажет жылу мөлшері . Жоғарыдағы мысалда 500 грамм судың температурасын 20 градусқа көтеру үшін 10 000 калория немесе 10 килокалория қажет.

Кеңестер

Джоульмен байланысты «эрг» деп аталатын жұмыс пен энергияның тағы бір бірлігі; 1 erg 1 dyne күшіне 1 см қашықтыққа тең. Бір джоуль 1000000 эргге тең.

Ескертулер

«Джоуль» және «Ньютон өлшегіш» терминдері бір бірлікке қатысты болғанымен, іс жүзінде «джоуль» кез-келген энергия түрін көрсету үшін және жоғарыда баспалдақпен көтерілу мысалындағыдай, түзу сызықпен орындалатын жұмыс үшін қолданылады. Крутящий моментті есептеу үшін қолданғанда (айналатын затқа күш), біз «Ньютон өлшегіш» терминін ұнатамыз.