Dinamakan sempena ahli fizik Inggeris James Edward Joule, joule (J) adalah salah satu unit asas sistem metrik antarabangsa. Joule digunakan sebagai unit kerja, tenaga, dan panas, dan banyak digunakan dalam aplikasi ilmiah. Sekiranya anda mahukan jawapan anda dalam joule, pastikan selalu menggunakan unit saintifik standard. Unit haba kaki atau British (BTU) masih digunakan di beberapa bidang, tetapi tidak dalam kerja rumah fizik anda.
Langkah
Kaedah 1 dari 5: Mengira Kerja di Joules
Langkah 1. Memahami kerja dalam fizik
Sekiranya anda memasukkan kotak ke dalam bilik, anda telah berusaha. Sekiranya anda mengangkat kotak, anda juga boleh berusaha. Terdapat dua kriteria penting yang mesti ada dalam "perniagaan":
- Anda memberikan gaya yang mantap.
- Daya ini menjadikan objek bergerak ke arah yang sama dengan daya.
Langkah 2. Memahami definisi perniagaan
Usaha mudah dikira. Gandakan jumlah daya dan jarak keseluruhan objek yang dilalui. Biasanya, saintis menyatakan kekuatan dalam Newton dan jarak dalam meter. Sekiranya anda menggunakan kedua-dua unit ini, unit kerja yang dihasilkan adalah Joules.
Setiap kali anda membaca soalan mengenai perniagaan, berhenti dan fikirkan di mana gaya itu. Sekiranya anda mengangkat kotak, anda menolaknya sehingga kotak itu bergerak ke atas. Jadi, jarak yang dilalui kotak adalah seberapa tinggi ia bergerak ke atas. Walau bagaimanapun, pada kali anda berjalan ke hadapan dengan kotak, tidak ada usaha yang dilakukan dalam proses ini. Walaupun anda masih menekan kotak agar tidak jatuh, ia tidak lagi bergerak ke atas
Langkah 3. Cari jisim objek yang dipindahkan
Jisim objek diperlukan untuk mengira daya yang diperlukan untuk menggerakkannya. Dalam contoh kita, anggap beban mempunyai jisim 10 kilogram (kg).
Elakkan menggunakan pound atau unit lain yang tidak standard, atau jawapan terakhir anda tidak akan terserlah
Langkah 4. Hitung gaya
Daya = pecutan jisim x. Dalam contoh kita, dengan mengangkat berat secara lurus ke atas, pecutan yang kita lakukan adalah disebabkan oleh graviti, yang dalam keadaan normal mempercepat objek ke bawah dengan kecepatan 9,8 meter / saat.2. Hitung daya yang diperlukan untuk menggerakkan beban kita dengan mengalikan (10 kg) x (9,8 m / s2) = 98 kg m / s2 = 98 newton (N).
Sekiranya objek digerakkan secara mendatar, graviti tidak akan memberi kesan. Masalahnya mungkin meminta anda mengira daya yang diperlukan untuk menahan geseran. Sekiranya masalah memberitahu anda percepatan suatu objek ketika didorong, anda dapat mengalikan pecutan yang diketahui dengan jisimnya
Langkah 5. Ukur anjakan yang dilalui
Untuk contoh ini, anggaplah beban diangkat ke ketinggian 1.5 meter (m). Perpindahan mesti diukur dalam meter, atau jawapan terakhir anda tidak akan berada dalam joule.
Langkah 6. Gandakan daya dengan anjakan
Untuk mengangkat berat 98 newton setinggi 1.5 meter, anda perlu melakukan kerja 98 x 1.5 = 147 joule.
Langkah 7. Hitung kerja yang dilakukan untuk menggerakkan objek pada sudut tertentu
Contoh kami di atas adalah mudah: seseorang menggunakan daya maju ke atas objek, dan objek bergerak ke hadapan. Kadang-kadang, arah daya dan gerakan objek tidak sama, kerana terdapat beberapa daya yang bertindak pada objek. Dalam contoh seterusnya, kami akan mengira jumlah joule yang diperlukan bagi seorang anak untuk menarik kereta luncur 25 meter melalui salji rata dengan menarik tali ke atas pada sudut 30º. Untuk masalah ini, kerja = daya x kosinus (θ) x anjakan. Simbolnya adalah huruf Yunani theta, dan menggambarkan sudut antara arah daya dan arah gerakan.
Langkah 8. Cari jumlah daya yang dikenakan
Untuk masalah ini, anggap anak menarik tali dengan kekuatan 10 newton.
Sekiranya masalah tersebut memberi daya ke kanan, daya ke atas, atau daya ke arah gerakan, maka daya-kekuatan ini sudah menjelaskan bahagian daya t cosinus (θ), dan anda boleh melangkau ke depan dan terus mengalikan nilai
Langkah 9. Hitung daya yang sepadan
Hanya beberapa gaya yang menarik kereta luncur ke hadapan. Semasa tali menunjuk ke atas, kekuatan lain berusaha menariknya, menariknya melawan graviti. Hitungkan daya yang diberikan dalam arah gerakan:
- Dalam contoh kita, sudut antara salji rata dan tali adalah 30º.
- Hitungkan cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = lebih kurang 0.866. Anda boleh menggunakan kalkulator untuk mencari nilai ini, tetapi pastikan kalkulator anda menggunakan unit yang sama dengan ukuran sudut anda (darjah atau radian).
- Gandakan jumlah daya x cos (θ). Dalam contoh kita, 10 N x 0.866 = 8.66 daya ke arah gerakan.
Langkah 10. Gandakan daya x sesaran
Setelah mengetahui kekuatan yang bergerak ke arah gerakan, kita dapat mengira kerja seperti biasa. Masalah kita memberitahu kita bahawa kereta luncur bergerak ke hadapan 20 meter, jadi hitung 8.66 N x 20 m = 173.2 joule kerja.
Kaedah 2 dari 5: Mengira Joule dari Watt
Langkah 1. Fahami daya dan tenaga
Watt adalah satuan daya atau kadar penggunaan tenaga (tenaga dibahagi dengan masa). Manakala Joule adalah unit tenaga. Untuk menukar Watts ke Joules, anda perlu menentukan waktunya. Semakin lama arus elektrik mengalir, semakin besar tenaga yang digunakan.
Langkah 2. Gandakan Watt dengan beberapa saat untuk mendapatkan Joules
Peranti 1 Watt akan menggunakan 1 Joule tenaga setiap 1 saat. Sekiranya anda mengalikan bilangan Watt dengan beberapa saat, anda akan mendapat Joules. Untuk mengetahui berapa banyak tenaga yang digunakan lampu 60W dalam 120 saat, anda hanya perlu mengalikan 60 watt x 120 saat = 7,200 Joule.
Rumus ini boleh digunakan untuk kuasa yang dinyatakan dalam Watt, tetapi umumnya dalam elektrik
Kaedah 3 dari 5: Mengira Tenaga Kinetik dalam Joules
Langkah 1. Memahami tenaga kinetik
Tenaga kinetik adalah jumlah tenaga dalam bentuk gerakan. Seperti unit tenaga lain, tenaga kinetik boleh ditulis dalam joule.
Tenaga kinetik sama dengan jumlah kerja yang dilakukan untuk mempercepat objek statik ke kelajuan tertentu. Setelah objek mencapai kelajuan itu, objek akan mengekalkan sejumlah tenaga kinetik sehingga tenaga berubah menjadi panas (dari geseran), tenaga berpotensi graviti (dari bergerak melawan graviti), atau jenis tenaga lain
Langkah 2. Cari jisim objek
Sebagai contoh, kita mengukur tenaga kinetik basikal & penunggang basikal. Sebagai contoh, penunggang mempunyai jisim 50 kg, dan basikalnya mempunyai jisim 20 kg, dengan jumlah jisim m 70 kg. Sekarang, kami menganggap keduanya sebagai satu objek dengan jisim 70 kg kerana kedua-duanya akan bergerak pada kelajuan yang sama.
Langkah 3. Hitung kelajuan
Sekiranya anda sudah mengetahui kelajuan atau kepantasan penunggang basikal, tulis saja dan teruskan. Sekiranya anda perlu mengira kelajuan, gunakan salah satu kaedah di bawah. Perhatikan bahawa kita mencari kelajuan, bukan halaju (yang merupakan kecepatan pada arah tertentu), walaupun singkatan v sering digunakan. Abaikan sebarang belokan yang dilakukan oleh penunggang basikal dan anggap seluruh jarak diliputi dalam garis lurus.
- Sekiranya penunggang basikal bergerak dengan kelajuan tetap (tidak memecut), ukur jarak perjalanan penunggang basikal dalam meter, dan bahagi dengan jumlah saat yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut. Pengiraan ini akan menghasilkan kelajuan purata, yang dalam hal ini sama dengan halaju sesaat.
- Sekiranya penunggang basikal mengalami pecutan berterusan dan tidak mengubah arah, hitung kelajuannya pada waktu t menggunakan formula untuk kelajuan pada waktu t = (pecutan) (t) + kelajuan awal. Gunakan detik untuk mengukur masa, meter / saat untuk mengukur kelajuan, dan m / s2 untuk mengukur pecutan.
Langkah 4. Masukkan nombor ini ke dalam formula berikut
Tenaga kinetik = (1/2) m v 2. Contohnya, jika penunggang basikal bergerak dengan kelajuan 15 m / s, tenaga kinetiknya EK = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/ s2 = 7875 meter Newton = 7875 joule.
Rumus untuk tenaga kinetik dapat diturunkan dari definisi kerja, W = FΔs, dan persamaan kinematik v2 = v02 + 2aΔs. s mewakili perubahan kedudukan atau jarak perjalanan.
Kaedah 4 dari 5: Mengira Haba dalam Joules
Langkah 1. Cari jisim objek yang sedang dipanaskan
Gunakan timbangan atau musim bunga untuk mengukurnya. Sekiranya objek itu adalah cecair, ukur terlebih dahulu bekas kosong di mana cecair itu dan cari jisimnya. Anda perlu mengurangkannya dari jisim bekas dan cecair untuk mencari jisim cecair. Untuk contoh ini, katakan objeknya 500 gram air.
Gunakan gram, bukan unit lain, atau hasilnya tidak akan joule
Langkah 2. Cari haba tentu objek
Maklumat ini boleh didapati dalam rujukan kimia, baik dalam bentuk buku dan dalam talian. Untuk air, haba tentu c ialah 4,19 joules per gram untuk setiap darjah Celsius ia dipanaskan - atau 4,1855, jika anda memerlukan nilai yang tepat.
- Haba spesifik sebenarnya sedikit berbeza berdasarkan suhu dan tekanan. Organisasi dan buku teks yang berbeza menggunakan suhu standard yang berbeza, jadi anda mungkin melihat kepanasan air tertentu yang disenaraikan sebagai 4.179.
- Anda boleh menggunakan Kelvin dan bukannya Celsius kerana perbezaan suhu adalah sama untuk kedua-dua unit (memanaskan sesuatu dengan 3ºC sama dengan pemanasan dengan 3 Kelvin). Jangan gunakan Fahrenheit, atau keputusan anda tidak akan terganggu.
Langkah 3. Cari suhu awal objek
Sekiranya objek itu adalah cecair, anda boleh menggunakan termometer merkuri. Untuk beberapa item, anda mungkin memerlukan termometer probe.
Langkah 4. Panaskan objek dan ukur suhu lagi
Ini akan mengukur kenaikan haba objek semasa pemanasan.
Sekiranya anda ingin mengukur jumlah tenaga yang disimpan sebagai haba, anda boleh menganggap suhu awal adalah sifar mutlak: 0 Kelvin atau -273.15ºC. Ini tidak begitu berguna
Langkah 5. Kurangkan suhu awal dari suhu pemanasan
Pengurangan ini akan mengakibatkan tahap perubahan suhu pada objek. Dengan andaian air sebelumnya 15 darjah Celsius dan dipanaskan hingga 35 darjah Celsius, suhu berubah menjadi 20 darjah Celsius.
Langkah 6. Gandakan jisim objek dengan haba spesifiknya dan dengan besarnya perubahan suhu
Rumus ditulis Q = mc T, di mana T adalah perubahan suhu. Untuk contoh ini, harganya 500g x 4, 19 x 20, atau 41.900 joule.
Panas lebih kerap ditulis dalam sistem metrik kalori atau kilokalori. Kalori didefinisikan sebagai jumlah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebanyak 1 darjah Celsius, sementara kilokalori adalah jumlah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kilogram air sebanyak 1 darjah Celsius. Dalam contoh di atas, menaikkan suhu 500 gram air sebanyak 20 darjah Celsius akan menggunakan 10,000 kalori atau 10 kilokalori
Kaedah 5 dari 5: Mengira Joule sebagai Tenaga Elektrik
Langkah 1. Gunakan langkah di bawah untuk mengira aliran tenaga dalam litar elektrik
Langkah-langkah di bawah disenaraikan sebagai contoh praktikal, tetapi anda juga boleh menggunakan kaedah untuk memahami masalah fizik bertulis. Pertama, kita akan mengira daya P menggunakan formula P = I2 x R, di mana saya adalah arus dalam ampere dan R adalah rintangan dalam ohm. Unit-unit ini menghasilkan kuasa dalam watt, jadi dari sini, kita dapat menggunakan formula pada langkah sebelumnya untuk mengira tenaga dalam joule.
Langkah 2. Pilih perintang
Resistor diukur dalam ohm, dengan ukuran ditulis secara langsung atau diwakili oleh kumpulan garis berwarna. Anda juga boleh menguji rintangan perintang dengan menghubungkannya dengan ohmmeter atau multimeter. Untuk contoh ini, kita menganggap perintang adalah 10 ohm.
Langkah 3. Sambungkan perintang ke sumber semasa
Anda boleh menyambungkan wayar ke perintang dengan klip Fahnestock atau buaya, atau pasangkan perintang ke papan ujian.
Langkah 4. Alirkan arus melalui litar untuk selang waktu tertentu
Untuk contoh ini, kita akan menggunakan selang 10 saat.
Langkah 5. Ukur kekuatan semasa
Lakukan ini dengan ammeter atau multimeter. Sebilangan besar arus isi rumah diukur dalam milimeter, atau ribuan ampere, jadi kami menganggap arus adalah 100 miliamper atau 0.1 ampere.
Langkah 6. Gunakan formula P = I2 x R.
Untuk mencari kekuatan, kalikan kuasa dua arus dengan rintangan. Ini menghasilkan output kuasa dalam watt. Kuadrat 0,1 memberikan hasil 0,01, didarabkan dengan 10 memberikan output kuasa 0.1 watt atau 100 miliwatt.
Langkah 7. Gandakan kuasa dengan masa yang berlalu
Pendaraban ini memberikan output tenaga dalam joule. 0.1 watt x 10 saat sama dengan 1 joule tenaga elektrik.
