Obsah

• Kroky
• Metóda 1 z 5: Výpočet práce (J)
• Metóda 2 z 5: Vypočítajte energiu (J) z daného výkonu (W)
• Metóda 3 z 5: Výpočet kinetickej energie (J)
• Metóda 4 z 5: Výpočet množstva tepla (J)
• Metóda 5 z 5: Výpočet elektrickej energie (J)
• Tipy
• Varovania
• Čo potrebuješ

Joule (J) je jednou z najdôležitejších jednotiek v Medzinárodnom systéme jednotiek (SI). Jouly merajú prácu, energiu a teplo. Na vyjadrenie konečného výsledku v jouloch použite jednotky SI.Ak sú v úlohe uvedené ďalšie merné jednotky, prevádzajte ich na jednotky merania z medzinárodného systému jednotiek.

Kroky

Metóda 1 z 5: Výpočet práce (J)

1. 1 Pojem práce vo fyzike. Ak box posuniete, prácu budete mať hotovú. Ak zdvihnete škatuľu, prácu ste urobili. Aby bola práca vykonaná, musia byť splnené dve podmienky:
   • Vyvíjate stálu silu.
   • Pôsobením pôsobiacej sily sa telo pohybuje v smere pôsobenia sily.
2. 2 Vypočítajte prácu. Za týmto účelom vynásobte silu a vzdialenosť (o ktorú sa telo pohybovalo). V SI sa sila meria v newtonoch a vzdialenosť v metroch. Ak použijete tieto jednotky, výsledná práca sa bude merať v jouloch.
   • Pri riešení problémov určite smer pôsobiacej sily. Pri zdvíhaní škatule je sila smerovaná zdola nahor, ale ak vezmete škatuľu do rúk a prejdete určitú vzdialenosť, prácu nebudete vykonávať - ​​vyvíjate silu, aby krabica nespadla, ale táto sila nepohybuje škatuľou.
3. 3 Nájdite svoju telesnú hmotnosť. Je potrebné vypočítať silu, ktorú je potrebné použiť na pohyb tela. Zoberme si príklad: vypočítajte prácu, ktorú športovec vykonal pri zdvíhaní (od podlahy po hruď) činky s hmotnosťou 10 kg.
   • Ak problém obsahuje neštandardné jednotky merania, preveďte ich na jednotky SI.
4. 4 Vypočítajte silu. Sila = hmotnosť x zrýchlenie. V našom prípade berieme do úvahy gravitačné zrýchlenie, ktoré sa rovná 9,8 m / s. Sila, ktorú je potrebné použiť na posunutie tyče nahor, je 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Ak sa telo pohybuje v horizontálnej rovine, gravitačné zrýchlenie ignorujte. Úloha si možno bude vyžadovať výpočet sily potrebnej na prekonanie trenia. Ak je v probléme uvedené zrýchlenie, jednoducho ho vynásobte danou telesnou hmotnosťou.
5. 5 Zmerajte prejdenú vzdialenosť. V našom prípade povedzme, že tyč je zdvihnutá do výšky 1,5 m. (Ak sú v probléme uvedené neštandardné jednotky merania, preveďte ich na jednotky SI.)
6. 6 Vynásobte silu vzdialenosťou. Na zdvihnutie činky s hmotnosťou 10 kg do výšky 1,5 m bude športovec vykonávať prácu rovnajúcu sa 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Vypočítajte prácu, keď je sila smerovaná pod uhlom. Predchádzajúci príklad bol celkom jednoduchý: smery sily a pohybu tela sa zhodovali. V niektorých prípadoch je však sila smerovaná pod uhlom k smeru jazdy. Zoberme si príklad: vypočítajte prácu, ktorú dieťa urobí ťahaním saní za 25 m lanom, ktoré je 30 stupňov od horizontály. V tomto prípade práca = sila x kosínus (θ) x vzdialenosť. Uhol θ je uhol medzi smerom sily a smerom pohybu.
8. 8 Nájdite celkovú aplikovanú silu. V našom prípade povedzme, že dieťa aplikuje silu rovnajúcu sa 10 N.
   • Ak problém hovorí, že sila smeruje nahor alebo doprava / doľava alebo sa jej smer zhoduje so smerom pohybu tela, na výpočet práce jednoducho vynásobte silu a vzdialenosť.
9. 9 Vypočítajte zodpovedajúcu silu. V našom prípade ťahá sane dopredu iba zlomok celkovej sily. Pretože lano smeruje nahor (v uhle k horizontále), ďalšia časť celkovej sily sa pokúša zdvihnúť sane. Vypočítajte preto silu, ktorej smer sa zhoduje so smerom pohybu.
   • V našom prípade je uhol θ (medzi zemou a lanom) 30 °.
   • cosθ = cos30 ° = (√3) / 2 = 0,866. Nájdite túto hodnotu pomocou kalkulačky; nastavte jednotku uhla v kalkulačke na stupne.
   • Celú silu vynásobte cosθ. V našom prípade: 10 x 0,866 = 8,66 N - to je sila, ktorej smer sa zhoduje so smerom pohybu.
10. 10 Na výpočet práce vynásobte zodpovedajúcu silu vzdialenosťou. V našom prípade: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metóda 2 z 5: Vypočítajte energiu (J) z daného výkonu (W)

1. 1 Sila a energia. Výkon sa meria vo wattoch (W) a popisuje rýchlosť zmeny, premeny, prenosu alebo spotreby energie, ktorá sa meria v jouloch (J).Na výpočet energie (J) pre daný výkon (W) potrebujete vedieť dobu.
2. 2 Na výpočet energie (J) vynásobte výkon (W) časom (s). Zariadenie s výkonom 1 W spotrebuje 1 J energie na 1 s. Vypočítajme napríklad energiu spotrebovanú žiarovkou 60 W na 120 sekúnd: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Tento vzorec platí pre akýkoľvek výkon meraný vo wattoch, ale najčastejšie sa používa pri úlohách spojených s elektrickou energiou.

Metóda 3 z 5: Výpočet kinetickej energie (J)

1. 1 Kinetická energia je energia pohybu. Môže byť vyjadrený v jouloch (J).
   • Kinetická energia je ekvivalentná práci vykonanej na zrýchlení nehybného telesa na určitú rýchlosť. Po dosiahnutí určitej rýchlosti zostáva kinetická energia tela konštantná, kým sa nepremení na teplo (z trenia), gravitačnú potenciálnu energiu (pri pohybe proti gravitácii) alebo iné druhy energie.
2. 2 Nájdite svoju telesnú hmotnosť. Vypočítajte napríklad kinetickú energiu bicykla a cyklistu. Cyklista váži 50 kg a bicykel váži 20 kg, čo znamená, že celková telesná hmotnosť je 70 kg (bicykel a cyklistu považujte za jedno telo, pretože sa budú pohybovať rovnakým smerom a rovnakou rýchlosťou).
3. 3 Vypočítajte rýchlosť. Ak je v probléme uvedená rýchlosť, prejdite na ďalší krok; v opačnom prípade ho vypočítajte pomocou jednej z nižšie uvedených metód. Všimnite si toho, že smer rýchlosti je tu zanedbateľný; navyše predpokladajme, že cyklista jazdí v priamom smere.
   • Ak cyklista išiel konštantnou rýchlosťou (bez zrýchlenia), zmerajte prejdenú vzdialenosť (m) a vydelte ju časom (smi) potrebnými na prekonanie tejto vzdialenosti. To vám poskytne priemernú rýchlosť.
   • Ak cyklista zrýchľoval a hodnota zrýchlenia a smer pohybu sa nezmenili, potom sa rýchlosť v danom čase t vypočíta podľa vzorca: zrýchlenie x t + počiatočná rýchlosť. Čas sa meria v sekundách, rýchlosť v m / s, zrýchlenie v m / s.
4. 4 Vložte hodnoty do vzorca. Kinetická energia = (1/2) mv, kde m je hmotnosť, v je rýchlosť. Ak je napríklad rýchlosť cyklistu 15 m / s, potom jeho kinetická energia K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • Vzorec na výpočet kinetickej energie je odvodený z definície práce (W = FΔs) a kinematickej rovnice (v = v₀ + 2aΔs, kde Δs je prejdená vzdialenosť).

Metóda 4 z 5: Výpočet množstva tepla (J)

1. 1 Nájdite hmotnosť zahriateho tela. Na tento účel použite váhu alebo pružinovú váhu. Ak je telo tekuté, najskôr odvážte prázdnu nádobu (do ktorej budete tekutinu nalievať), aby ste zistili jej hmotnosť. Po odvážení kvapaliny od tejto hodnoty odpočítajte hmotnosť prázdnej nádoby a zistíte hmotnosť tekutiny. Zoberme si napríklad vodu s hmotnosťou 500 g.
   • Aby sa výsledok meral v jouloch, hmotnosť sa musí merať v gramoch.
2. 2 Nájdite špecifické telesné teplo. Nájdete ho v učebnici chémie, fyziky alebo na internete. Špecifická tepelná kapacita vody je 4,19 J / g.
   • Špecifické teplo sa mierne líši v závislosti od teploty a tlaku. Napríklad v niektorých zdrojoch je špecifická tepelná kapacita vody 4,18 J / g (pretože rôzne zdroje volia rôzne hodnoty „referenčnej teploty“).
   • Teplotu je možné merať v stupňoch Kelvina alebo Celzia (pretože rozdiel medzi týmito dvoma teplotami bude rovnaký), nie však v stupňoch Fahrenheita.
3. 3 Zistite svoju počiatočnú telesnú teplotu. Ak je telo tekuté, použite teplomer.
4. 4 Zahrejte telo a zistite jeho konečnú teplotu. Týmto spôsobom môžete zistiť množstvo tepla preneseného do tela, keď sa zahrieva.
   • Ak chcete nájsť celkovú energiu premenenú na teplo, počiatočnú telesnú teplotu považujte za absolútnu nulu (0 Kelvinov alebo -273,15 Celzia). Spravidla to neplatí.
5. 5 Odpočítajte počiatočnú telesnú teplotu od koncovej a zistite zmenu telesnej teploty. Voda sa napríklad ohrieva z 15 stupňov Celzia na 35 stupňov Celzia, to znamená, že zmena teploty vody je 20 stupňov Celzia.
6. 6 Vynásobte telesnú hmotnosť, jej špecifické teplo a zmenu telesnej teploty. Vzorec: H = mcΔT, kde ΔT je zmena teploty. V našom prípade: 500 x 4,19 x 20 = 41 900 J
   • Teplo sa niekedy meria v kalóriách alebo kilokalóriách. Kalórie sú množstvo tepla potrebného na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia; kilokalórie je množstvo tepla potrebného na zvýšenie teploty 1 kg vody o 1 stupeň Celzia. Vo vyššie uvedenom príklade by bolo potrebných 10 000 kalórií alebo 10 kcal na zvýšenie teploty 500 gramov vody o 20 stupňov Celzia.

Metóda 5 z 5: Výpočet elektrickej energie (J)

1. 1 Opisuje spôsob výpočtu toku energie v elektrickom obvode. Je uvedený praktický príklad, na základe ktorého je možné riešiť fyzické problémy. Na začiatok vypočítajme výkon podľa vzorca P = I x R, kde I je aktuálna sila (A), R je odpor (Ohm). Nájdete výkon (W), s ktorým môžete vypočítať energiu (J) (pozri druhú kapitolu).
2. 2 Vezmite odpor. Hodnota odporu (Ohm) rezistora je označená číslom alebo farebne označeným označením. Odpor rezistora môžete určiť aj jeho pripojením k ohmmetru alebo multimetru. Zoberme si napríklad odpor 10 ohmov.
3. 3 Pripojte odpor k aktuálnemu zdroju. Na tento účel použite krokodílie spony alebo experimentálny stojan s elektrickým obvodom.
4. 4 Nechajte určitý čas prúdiť obvodom. Vykonajte to napríklad 10 sekúnd.
5. 5 Určte prúd. Na tento účel použite ampérmeter alebo multimetr. Napríklad prúd je 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Vypočítajte výkon (W) podľa vzorca P = I x R. V našom prípade: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Vynásobením sily a času nájdite energiu (J). V našom prípade: 0,1 (Š) x 10 (s) = 1 J.
   • Pretože 1 joule je malá hodnota a výkon elektrických spotrebičov je udávaný vo wattoch, miliwattoch a kilowattoch, v bytovom a komunálnom sektore sa energia obvykle meria v kilowatthodinách. Ak 1 W = 1 J / s, potom 1 J = 1 W ∙ s; ak 1 kW = 1 kJ / s, potom 1 kJ = 1 kW ∙ s. Pretože 1 h = 3600 s, potom 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tipy

• V SI sa energia a práca merajú aj v ergoch. 1 erg = 1 dyn (jednotka sily) x 1 cm. 1 J = 10 000 000 erg.

Varovania

• Joule a newton meter sú merné jednotky pre prácu. Jouly merajú energiu a prácu vykonanú vtedy, keď sa telo pohybuje v priamke. Ak sa teleso otáča, mernou jednotkou je newton-meter.

Čo potrebuješ

Pracovná a kinetická energia:

• Stopky alebo stopky
• váhy
• Kosínová kalkulačka

Elektrická energia:

• Odpor
• Drôty alebo experimentálny stojan
• Multimetr (alebo ohmmeter a ampérmeter)
• Krokodílové klipy

Množstvo tepla:

• Vyhrievané telo
• Zdroj tepla (napr. Horák)
• Teplomer
• Príručka na stanovenie špecifického tepla zahriateho telesa