Përmbajtje

• Të shkelësh
• Metoda 1 nga 4: Llogaritja e punës në xhul
• Metoda 2 e 4: Llogaritja e energjisë kinetike në xhaul
• Metoda 3 nga 4: Llogaritja e Xhaulit si energji elektrike
• Metoda 4 nga 4: Llogaritja e nxehtësisë në xhaul
• Këshilla
• Paralajmërime
• Nevojat

Xhaul (J), i quajtur pas fizikanit anglez James Edward Joule, është një nga njësitë më të rëndësishme të Sistemit Metrik Ndërkombëtar. Xhaul përdoret si njësi e punës, energjisë dhe nxehtësisë dhe përdoret gjerësisht në shkencë. Nëse dëshironi që përgjigjja juaj të jetë në xhul, gjithmonë përdorni njësitë standarde shkencore.

Të shkelësh

Metoda 1 nga 4: Llogaritja e punës në xhul

1. Përkufizimi i punës. Puna përcaktohet si një forcë konstante e aplikuar në një objekt për ta lëvizur atë në një distancë të caktuar. Nëse nuk aplikohet më shumë se një forcë, ajo mund të llogaritet si fuqinë X largësia, dhe mund të shkruhet në njësi të xhaulëve (ekuivalente me një "metër Njutoni"). Në shembullin tonë të parë, ne marrim një person që dëshiron të shtojë një peshë nga dyshemeja në lartësinë e gjoksit, dhe ne llogarisim se sa punë ka bërë ai person.
   • Forca duhet të zbatohet në drejtim të lëvizjes. Kur mbani një objekt dhe ecni përpara, nuk bëhet asnjë punë në objekt, sepse nuk po e shtyni objektin në drejtim të lëvizjes së tij.
2. Përcaktoni masën e objektit që lëvizet. Masa e një objekti është e nevojshme për të llogaritur forcën e nevojshme për të lëvizur atë. Në shembullin tonë pohojmë se pesha ka një masë prej 10 kg.
   • Mos përdorni paund ose njësi të tjera që nuk janë standarde ose përgjigja përfundimtare nuk do të jetë në xhaul.
3. Llogaritni forcën. Forca = masa x nxitim. Në shembullin tonë, ngritja e një peshe drejt lart, nxitimi që po përpiqemi të kapërcejmë është i barabartë me gravitetin, 9.8 m / s poshtë. Llogaritni forcën e nevojshme për të ngritur peshën duke përdorur (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Njutona (N).
   • Nëse objekti lëvizet horizontalisht, atëherë graviteti është i parëndësishëm. Në vend të kësaj, problemi mund t'ju shtyjë të llogaritni forcën e nevojshme për të kapërcyer rezistencën e fërkimit. Nëse jepet se cila është nxitimi i objektit kur shtyhet, atëherë mund të shumëzoni nxitimin e dhënë me masën.
4. Matni distancën që po lëviz objekti. Në këtë shembull, supozojmë se pesha ngrihet 1.5 metra (m). Distanca duhet të matet në metra, përndryshe përgjigja përfundimtare nuk mund të regjistrohet në Xhaul.
5. Shumëzoni forcën me distancën. Për të ngritur një peshë prej 98 Njutoni 1.5 metra, do t'ju duhet të bëni 98 x 1.5 = 147 Xhaulë punë.
6. Llogaritni punën për objektet që lëvizin në një kënd. Shembulli ynë më lart ishte i thjeshtë: dikush ushtroi një forcë lart në objekt, dhe objekti u ngrit. Ndonjëherë drejtimi i forcës dhe lëvizja e objektit nuk janë krejt të njëjtë, sepse forca të shumta veprojnë në objekt. Në shembullin vijues do të llogarisim sa xhaulë duhen për të tërhequr një sajë 25 metra nëpër dëborë duke tërhequr një litar të bashkangjitur në sajë në një kënd prej 30º në horizontale. Vlen më poshtë: puna = forca x cos (θ) x distanca. "Simboli" është shkronja greke "theta" dhe përfaqëson këndin midis drejtimit të forcës dhe drejtimit të lëvizjes.
7. Përcaktoni forcën totale të aplikuar. Në këtë problem themi se dikush tërheq litarin me një forcë prej 10 Njutonësh.
   • Nëse tashmë është dhënë një forcë "në të djathtë", "lart" ose "në drejtim të lëvizjes", "forca x cos (") "është siç llogaritet, dhe mund të vazhdoni të shumëzoni vlerat.
8. Llogaritni forcën përkatëse. Vetëm një pjesë e forcës e tërheq karrocën përpara. Për shkak se litari është ngritur në një kënd, forca e mbetur përpiqet të ngre topin lart, duke kundërshtuar gravitetin. Llogaritni forcën në drejtim të lëvizjes:
   • Në shembullin tonë, këndi θ midis tokës dhe litarit është 30º.
   • Llogarit cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = afërsisht 0.866. Ju mund të përdorni një kalkulator për të gjetur këtë vlerë, por sigurohuni që kalkulatori juaj të përdorë njësinë e saktë siç është specifikuar këndi (gradë ose radian).
   • Shumëzoni forcën totale x cos (θ). Në shembullin tonë, 10N x 0.866 = 8.66 N në drejtimin e lëvizjes.
9. Shumëzoni forcën x distancë. Tani që e dimë se sa forcë po zbatohet në drejtim të lëvizjes, ne mund të llogarisim punën si zakonisht. Problemi ynë na tregon se karroca është tërhequr 20 metra përpara, kështu që ne llogarisim 8.66 N x 20 m = 173.2 xhaulë të punës.

Metoda 2 e 4: Llogaritja e energjisë kinetike në xhaul

1. Kuptoni disa energji kinetike. Energjia kinetike është sasia e energjisë në formën e lëvizjes. Si me çdo formë të energjisë, ajo mund të shprehet në Xhaul.
   • Energjia kinetike është e barabartë me sasinë e punës së bërë për të përshpejtuar një objekt të palëvizshëm në një shpejtësi të caktuar. Pasi të arrihet ajo shpejtësi, objekti ruan atë sasi të energjisë kinetike derisa ajo energji të shndërrohet në nxehtësi (nga fërkimi), energji gravitacionale (duke shkuar kundër gravitetit) ose lloje të tjera të energjisë.
2. Përcaktoni masën e objektit. Për shembull, ne mund të masim energjinë kinetike të një biçiklete dhe një çiklisti. Supozoni se çiklisti ka një masë 50 kg dhe biçikleta ka një masë 20 kg. Kjo i shton një masë totale m prej 70 kg. Tani mund t’i trajtojmë së bashku si 1 objekt prej 70 kg, sepse lëvizin së bashku me të njëjtën shpejtësi.
3. Llogaritni shpejtësinë. Nëse e dini tashmë shpejtësinë ose vektorin e shpejtësisë së çiklistit, shkruajeni atë dhe vazhdoni tutje. Nëse akoma keni nevojë ta llogaritni këtë, përdorni një nga metodat më poshtë. Kjo ka të bëjë me shpejtësinë, jo me shpejtësinë vektoriale (e cila është shpejtësia në një drejtim të caktuar), edhe pse shkronja është shpesh v përdoret për shpejtësi. Injoroni çdo kthesë që bën çiklisti dhe bëni sikur e gjithë distanca është në një vijë të drejtë.
   • Nëse çiklisti është duke lëvizur me një shpejtësi konstante (pa nxitim), matni distancën që kaloi çiklisti dhe ndajeni me numrin e sekondave që duheshin për të mbuluar atë distancë. Kjo llogarit shpejtësinë mesatare, e cila në këtë skenar është e njëjtë me shpejtësinë në çdo moment të caktuar.
   • Nëse çiklisti po lëviz me një nxitim konstant dhe nuk e ndryshon drejtimin, llogaritni shpejtësinë e tij në atë kohë t me formulën 'shpejtësia (koha t) = (përshpejtimi) (t) + shpejtësia fillestare. Koha është në sekonda, shpejtësia në metra / sekondë dhe përshpejtimi në m / s.
4. Vendosni numrat vijues në formulën vijuese. Energjia kinetike = (1/2)m "v. Për shembull, nëse çiklisti lëviz me shpejtësi 15 m / s, atëherë energjia e tij kinetike është K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 metra njutoni = 7875 xhaulë.
   • Formula për energjinë kinetike mund të rrjedh nga përkufizimi i punës, W = FΔ, dhe ekuacioni v = v₀ + 2aΔ. Δs i referohet "zhvendosjes", ose gjithashtu distancës së kaluar.

Metoda 3 nga 4: Llogaritja e Xhaulit si energji elektrike

1. Llogaritni energjinë duke përdorur fuqinë x kohë. Fuqia përcaktohet si energjia e konsumuar për njësi të kohës, kështu që ne mund të llogarisim energjinë e konsumuar nga fuqia sa njësia e kohës. Kjo është e dobishme kur matni fuqinë në vat, sepse 1 vat = 1 Xhaul / sekondë. Për të zbuluar se sa energji përdor një llambë inkandeshente 60W në 120 sekonda, shumëzoni sa vijon: (60 watts) x (120 sekonda) = 7200 joules.
   • Kjo formulë mund të përdoret për çdo lloj energjie, e matur në vat, por energjia elektrike është më e dukshmja.
2. Përdorni hapat më poshtë për të llogaritur rrjedhën e energjisë në një qark elektrik. Hapat më poshtë janë përshkruar si një shembull praktik, por gjithashtu mund ta përdorni këtë metodë për të kuptuar problemet teorike të fizikës. Së pari, ne llogarisim fuqinë P duke përdorur formulën P = I x R, ku I është rryma në amper dhe R është rezistenca në ohm. Këto njësi na japin fuqinë në vat, kështu që nga kjo pikë e tutje ne mund të zbatojmë formulën e përdorur në hapin e mëparshëm për të llogaritur energjinë në xhaul.
3. Zgjidhni një rezistencë. Rezistencat tregohen në ohm, me vlerën e tyre të treguar direkt në rezistencë, ose të treguar nga një seri unazash me ngjyra. Ju gjithashtu mund të provoni një rezistencë me një ohmmetër ose multimetër. Në këtë shembull, supozojmë se rezistenca që po përdorim është 10 ohm.
4. Lidhni rezistencën me një burim energjie (bateri). Përdorni kapëse për këtë ose vendoseni rezistencën në një qark provë.
5. Lëreni një rrymë të rrjedhë përmes saj për një kohë të caktuar. Në këtë shembull marrim 10 sekonda si njësi kohore.
6. Matni fuqinë e rrymës. Ju e bëni këtë me një matës rrjedhjeje ose një multimetër. Shumica e rrymës shtëpiake është në miliamps, kështu që supozojmë se rryma është 100 miliamps, ose 0,1 amp.
7. Përdorni formulën P = I x R. Tani për të gjetur fuqinë, ju shumëzoni fuqinë katrore të rrymës me rezistencën. Kjo ju jep fuqinë e këtij qarku në vat. Katrori prej 0,1 jep 0,01. Shumëzojeni këtë me 10 dhe do të merrni një fuqi dalëse prej 0,1 vat, ose 100 milivat.
8. Shumëzoni fuqinë me kohën e kaluar. Kjo siguron energjinë në xhaul. 0,1 vat x 10 sekonda është e barabartë me 1 xhaul të energjisë elektrike.
   • Për shkak se Joule është një njësi e vogël dhe meqenëse konsumi i energjisë i pajisjeve zakonisht tregohet në vat, milivat dhe kilovat, shpesh është më e përshtatshme për të llogaritur numrin e kWh (kilovat orë) të konsumuar nga një pajisje. 1 vat është e barabartë me 1 xhaul për sekondë, ose 1 xhaul është e barabartë me 1 vat sekondë; një kilovat është e barabartë me 1 kilojoule për sekondë dhe një kilojoule është e barabartë me 1 kilovat sekondë. Ka 3,600 sekonda në një orë, kështu që 1 kilovat orë është e barabartë me 3,600 kilovat sekonda, 3,600 kilojoule ose 3,600,000 xhaul.

Metoda 4 nga 4: Llogaritja e nxehtësisë në xhaul

1. Përcaktoni masën e objektit të cilit i shtohet nxehtësia. Përdorni një ekuilibër ose peshore për këtë. Nëse objekti është i lëngët, së pari peshoni enën bosh në të cilën do të futet lëngu. Ju do të duhet ta hiqni këtë nga masa e enës dhe lëngut së bashku për të gjetur masën e lëngut. Në këtë shembull supozojmë se objekti është 500 gram ujë.
   • Përdorni gramë, jo një njësi tjetër, përndryshe rezultati nuk do të jepet në Xhaul.
2. Përcaktoni nxehtësinë specifike të objektit. Ky informacion mund të gjendet në librat e referencës së kimisë binas, por gjithashtu mund ta gjeni në internet. Kjo është nxehtësia specifike për ujin c është e barabartë me 4.19 xhaulë për gram për secilën gradë Celsius - ose 4.1855, nëse doni të jeni shumë preciz.
   • Nxehtësia specifike ndryshon pak në varësi të temperaturës dhe presionit. Organizata dhe libra shkollorë të ndryshëm përdorin "temperatura standarde" të ndryshme, kështu që ju mund të gjeni deri në 4,179 për ngrohjen specifike të ujit.
   • Ju gjithashtu mund të përdorni Kelvin në vend të Celsius, sepse 1 gradë është e njëjtë për të dy enët (ngrohja e diçkaje me 3ºC është e njëjtë me 3 Kelvin). Mos përdorni Fahrenheit ose rezultati nuk do të jepet në Xhaul.
3. Përcaktoni temperaturën aktuale të objektit. Nëse objekti është i lëngët, mund të përdorni një termometër të rregullt (zhivë). Për objektet e tjera mund t'ju duhet një termometër me sondë.
4. Nxehni objektin dhe matni përsëri temperaturën. Kjo ju lejon të matni sasinë e nxehtësisë që është shtuar në një objekt gjatë ngrohjes.
   • Nëse doni të dini sasinë totale të energjisë së ruajtur në formë të nxehtësisë, mund të pretendoni se temperatura fillestare ishte zero absolute: 0 Kelvin ose -273.15ºC.
5. Zbritni temperaturën origjinale nga temperatura pas ngrohjes. Kjo i jep rezultatit ndryshimin e temperaturës së objektit. Duke supozuar se uji fillimisht ishte 15 gradë Celsius dhe pas ngrohjes ishte 35 gradë Celsius, ndryshimi i temperaturës është pra 20 gradë Celsius.
6. Shumëzoni masën e objektit me nxehtësinë specifike dhe ndryshimin e temperaturës. Ju e shkruani këtë formulë si H =mcΔT., ku ΔT paraqet "ndryshimin e temperaturës". Në këtë shembull, kjo bëhet 500g x 4,19 x 20 = 41,900 xhaul.
   • Nxehtësia zakonisht shprehet në kalori ose kilokalori. Një kalori përcaktohet si sasia e nxehtësisë e nevojshme për të bërë që 1 gram ujë të rritet në temperaturë me 1 gradë Celsius, ndërsa një kilokalori (ose Kalori) është sasia e nxehtësisë e nevojshme për të rritur temperaturën e 1 kilogram ujë me 1 gradë Celsius . Në shembullin e mësipërm, ngritja e temperaturës së 500 gramë ujë me 20 gradë Celsius kërkon 10,000 kalori ose 10 kilokalori.

Këshilla

• Lidhur me xhaulën është një njësi tjetër e punës dhe energjisë e quajtur erg; 1 erg është e barabartë me 1 forcë dyne herë një distancë prej 1 cm. Një xhaul është e barabartë me 10,000,000 erg.

Paralajmërime

• Megjithëse termat "xhaul" dhe "njuton metër" i referohen të njëjtës njësi, në praktikë "xhaul" përdoret për të treguar çdo formë energjie dhe për punën e kryer në vijë të drejtë, si në shembullin e ngjitjes së shkallëve më sipër. Kur përdoret për të llogaritur çift rrotulluesin (forca mbi një objekt rrotullues), ne preferojmë termin "njehsori i Njutonit".

Nevojat

Llogaritja e punës ose energjisë kinetike:

• Kronometri ose kohëmatësi
• Peshorja ose ekuilibri
• Llogaritësi me një funksion kosinus (vetëm për punë, jo gjithmonë i nevojshëm)

Llogaritja e energjisë elektrike:

• Rezistenca
• Tela ose një bord provë
• Multimetër (ose një ohmmetër dhe një njehsor aktual)
• Klipet Fahnestock ose alligator

Nxehtësia:

• Objekti që do të nxehet
• Burimi i nxehtësisë (të tilla si një ndezës Bunsen)
• Termometër (termometër i lëngshëm ose termometër me sondë)
• Referenca e kimisë / kimisë (për gjetjen e nxehtësisë specifike të objektit që nxehet)