Wko

Hvordan beregne joule

Oppkalt etter engelske fysikeren James Edward Joule, den joule (J) er en av hjørnestenene enheter av den internasjonale metriske systemet. The Joule brukes som en arbeidsenhet, påføring av kraft i en bestemt avstand, og for kinetisk energi, energien av bevegelse, hvor det er definert som en Newton per meter, og er ekvivalent med 0,7376 fot-pounds kraft (ft -lbf). The Joule brukes også som en enhet av elektrisk energi og kan defineres enten som den energien som kreves for å bevege en strøm på 1 ampere gjennom en 1 ohm motstand i 1 sekund eller det arbeidet som kreves for å bevege en 1 coulomb lade gjennom en volt av elektrisk potensialforskjell, og det er ekvivalent med 6,24 x 10 ^ 18 elektron-volt (eV). The Joule kan også brukes til å måle varme i stedet for den kalori eller kilocalorie og tilsvarer 9.4782 x 10 ^ -4 britiske varmeenheter (BTU). Følgende er metoder for beregning av joule som arbeid, kinetisk energi, elektrisk energi og varme.

Trinn

Hvordan beregne joule. Forstå definisjonen av "arbeid".
Hvordan beregne joule. Forstå definisjonen av "arbeid".

Beregning joule som arbeid

  1. 1
    Forstå definisjonen av "arbeid". Som nevnt ovenfor, er arbeid definert som bruk av makt for å flytte et objekt en bestemt avstand. Det tar ikke hensyn til hvor lang tid det tar å flytte objektet som avstand. For hensikten med dette eksempelet, vil vi anta at det bevegende objektet er en person klatring en trapp.
  2. 2
    Vei objektet blir flyttet. For dette eksempelet, vil vi anta at personen har en masse på 50 kg (110 pounds).
    • Arbeid er definert som kraft anvendt for en gitt avstand, ikke masse, så å konvertere kilo masse til newton av makt, eller vekt, er det nødvendig å multiplisere med den akselerasjonen gravitasjonen, som er 9,8 m / sek ^ 2. Dette gir en vekt på 490 newton.
    • Merk at i Britisk (Imperial)-systemet, kan "pound" brukes enten som en enhet av masse ("pund-mass") eller kraft ("pund-styrken"). Under jordas tyngdefelt, er ingen konvertering nødvendig, £ 1-mass tilsvarer £ 1-force.
  3. 3
    Mål avstanden blir flyttet. For dette eksempelet, vil vi anta bunnen og toppen av trapp er 5 m (16,4 fot) fra hverandre.
  4. 4
    Multipliser kraft ved avstanden. For en 490-newton person klatring en 5-meter trapp, er mengden av arbeid 490 x 5, eller 2450 joule (1,807.12 fot-pounds)
    • Selv om arbeidet ikke befatte seg med den tiden det tar å flytte et objekt en bestemt avstand, relaterte begrepet makt gjør. Enheten for effekt er watt, definert som 1 joule per sekund og tilsvarer 0,7376 fot-pounds per sekund. Hvis det tok klatrer fem sekunder å klatre trappa, ville mengden strøm forbrukt være 2450 delt på fem, eller 490 watt. Hvis det tok klatrer 10 sekunder, ville mengden strøm forbrukt være 245 delt på 10 eller 245 watt.
    • Vinkelen på trappen har også noe å gjøre med mengden av utført arbeid.

Beregning joule som kinetisk energi

  1. 1
    Vei objektet til å bli sparket. I dette eksemplet skal vi måle den kinetiske energien til en sykkel og syklist rulle ned en bakke. Ved anvendelsen av dette eksempel antar vi at syklisten har en masse på 50 kg (110 pounds) som før, og at syklusen har en masse på 20 kg (44 pounds), for en total av 70 kg (154 pounds ).
  2. 2
    Mål avstanden fra startpunktet til sluttpunktet. For dette eksempelet, vil vi anta at avstanden fra toppen av bakken til bunnen er 30 m (98,43 fot).
  3. 3
    Plasser objektet på startpunktet. I dette tilfellet er det toppen av bakken.
  4. 4
    Start objektet beveger seg. På et signal, monterer syklist sykkelen, pedaler gang for å starte den i bevegelse, og da rulle nedover bakken. På samme tid, starter den personen som gir signalet en timer.
  5. 5
    Hvor lenge det tar objektet å reise fra start til mål. Når sykkelen når bunnen av bakken, stoppe tidtakeren. For dette eksempelet, vil vi anta at det tok sykkelen fem sekunder.
  6. 6
    Dele avstand syklisten reiste av den tiden det tok syklist å nå sitt mål. Dette vil gi deg sykkelens hastighet. I vårt eksempel, reiste sykkelen 30 meter i 5 sekunder, noe som gjør dens hastighet 6 m / sek.
  7. 7
    Multipliser hastighet av seg selv og ved masse. Multiplisere 6 i seg selv er 36, ganger en masse på 70 kg er 2520.
  8. 8
    Dividere med to. Dette vil gi den kinetiske energi i joule. I dette eksempelet gir 2,520 dividert med 2 en kinetisk energi på 1,260 joule, eller 1,26 kilojoule.
    • Denne metoden brukes til å beregne den kinetiske energien, eller snuten energi, av kuler skutt fra en pistol. Jo tyngre kule og jo raskere den beveger seg, jo større kinetisk energi. Jo større dens kinetiske energi er, jo mer ødeleggende det er.
    • Metoden for bestemmelse av kinetisk energi gitt her er bare gyldig så lenge som hastigheten av gjenstanden er vesentlig mindre enn lysets hastighet. Mesteparten av tiden, vil dette være tilfelle.

Beregning joule som elektrisk energi

  1. 1
    Velg en motstand. Motstander er vurdert i ohm, med klassifiseringen enten merket direkte eller merkes med en serie fargede bånd. Du kan også teste en motstand motstand ved å koble den til et ohmmeter eller multimeter. For dette eksempelet, vil vi anta at motstanden er vurdert på 10 ohm.
  2. 2
    Koble motstanden til en strømkilde. Enten koble ledningene til motstanden med Fahnestock eller alligator klipp, eller koble motstanden til en testing bord.
  3. 3
    Kjør en strøm gjennom kretsen i en angitt tidsperiode. For dette eksempelet, vil vi bruke en periode på 10 sekunder.
  4. 4
    Måle styrken av den strøm. Gjør dette med et amperemeter eller et multimeter. De fleste husholdninger strømmen er i milliampere, eller tusendels en ampere, så vi får anta at strømmen er 100 milliampere, eller 0,1 ampere.
  5. 5
    Multipliser kvadratet av strømmen med motstanden. Dette gir effekten i watt. Squaring 0,1 gir 0,01, multiplisert med 10, gir en effekt på 0,1 watt, eller 100 milliwatt.
  6. 6
    Multiplisere kraften av hvor mye tid gått. Dette gir energi-produksjon i joule. 0,1 watt x 10 sekunder tilsvarer 1 joule med elektrisk energi.
    • Som joule er små enheter, og fordi apparater vanligvis bruker watt, milliwatt, og kilowatt for å indikere hvor mye strøm de bruker, verktøy ofte måle energiproduksjon i kilowatt-timer. En watt tilsvarer 1 joule per sekund, eller en Joule lik 1 watt-andre, en kilowatt tilsvarer 1 kilojoule pr sekund og kilojoule lik 1 kilowatt-sekund. Ettersom det er 3600 sekunder i en time, lik en kilowatt-time 3600 kilowatt-sekunder, 3600 kilojoule eller 3600000 joule.

Beregning joule som varme

  1. 1
    Finn massen av gjenstanden som skal oppvarmes. Bruk en balanse eller våren skala for dette. Hvis objektet er en væske, først veie den tomme beholderen væsken vil bli holdt i og finne sin masse. Du vil trenge å subtrahere dette fra massen av beholderen og væske sammen for å finne den flytende masse. For dette eksempelet, vil vi anta at objektet er 500 gram (£ 1,1) vann.
  2. 2
    Finn objektets spesifikk varmekapasitet. Denne informasjonen kan bli funnet i en kjemi referanse, enten i bokform eller på nettet. For vann er den spesifikke varmekapasitet 4,19 joule per gram for hver grad Celsius det er oppvarmet.
  3. 3
    Finn den aktuelle temperaturen av objektet. Hvis objektet er en væske, kan du bruke en pære termometer. For noen objekter, trenger du kanskje en sonde termometer.
  4. 4
    Varm objektet.
  5. 5
    Finn den nye temperaturen av objektet.
  6. 6
    Subtraher den opprinnelige temperatur fra den oppvarmede temperatur. Dette vil produsere grader av temperaturendringen i objektet. Forutsatt at vannet var opprinnelig på 15 grader Celsius (59 grader Fahrenheit) og oppvarmet til 35 grader Celsius (95 grader Fahrenheit), ville temperaturendringen være 20 grader Celsius (36 grader Fahrenheit).
  7. 7
    Multipliser massen av gjenstanden ved dens spesifikke varmekapasitet og ved mengden av temperaturendringen. For dette eksempelet vil dette være 500 x 4,19 x 20, eller 41 900 joule.
    • Heat er mer vanlig uttrykk i det metriske systemet i form av enten kalorier eller kilokalorier. En kalori er definert som den mengde varme som kreves for å heve temperaturen av en gram vann 1 grader Celsius, mens en kilocalorie (eller kaloriinnhold), er mengden av varme som kreves for å heve temperaturen på en kilo vann 1 grader Celsius. I eksempelet ovenfor, ville heve 500 gram vann 20 grader Celsius expend 10000 kalorier eller 10 kilokalorier.

Tips

  • Relatert til joule er en annen beregning enhet av arbeid og energi kalt erg; en erg tilsvarer en dyne av makt ganger en avstand på 1 cm. En joule tilsvarer 10 millioner erg.

Advarsler

  • Selv om uttrykkene "joule" og "newton-meter" beskriver den samme enhet, i praksis "joule" brukes når den representerer en hvilken som helst form for energi, og for arbeid utført i en rett linje, som i eksemplet ovenfor ved å drive opp et fly av trapper. Når den brukes for å måle dreiemoment, påføring av kraft i å rotere et objekt, er uttrykket "i Newton-meter" foretrukket.

Ting du trenger

  • Kalkulator
  • Stoppeklokke eller timer (for alle metoder unntatt beregning joule som varme)
  • Skala eller balanse (for alle metoder unntatt beregning joule som elektrisk energi)
  • Assistent (for beregning joule som arbeid og kinetisk energi)
  • Trapp (for beregning joule som arbeid)
  • Sykkel (for beregning joule som kinetisk energi)
  • Hill (for beregning joule som kinetisk energi)
  • Motstand (for beregning joule som elektrisk energi)
  • Ledninger eller test bord
  • Multimeter (eller separat ohmmeter og amperemeter)
  • Fahnestock eller alligator klipp
  • Fast eller flytende gjenstand for varme (for beregning joule som varme)
  • Varmefast beholder (slik som en Pyrex begerglass for væsker)
  • Varmekilde (for eksempel en gassbrenner)
  • Termometer (enten pære eller sonde termometer)
  • Chemistry oppslagsbok (for å finne den spesifikke varmekapasitet for objektet som blir varmet opp)