ჯოულის გამოთვლის 5 გზა

2024 ავტორი: Jason Gerald | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-19 22:13

სახელი დაერქვა ბრიტანელი ფიზიკოსის ჯეიმს ედვარდ ჯოულის სახელით, ჯული (J) არის საერთაშორისო მეტრული სისტემის ერთ -ერთი ძირითადი ერთეული. ჯული გამოიყენება როგორც მუშაობის, ენერგიისა და სითბოს ერთეული და ფართოდ გამოიყენება სამეცნიერო პროგრამებში. თუ გსურთ თქვენი პასუხი ჯოულებში, ყოველთვის დარწმუნდით, რომ გამოიყენოთ სტანდარტული სამეცნიერო ერთეულები. ფუნტი ან ბრიტანული სითბოს ერთეული (BTU) კვლავ გამოიყენება ზოგიერთ სფეროში, მაგრამ არა ფიზიკის საშინაო დავალებაში.

ნაბიჯი

მეთოდი 1 -დან 5 -დან: სამუშაოების გამოთვლა ჯოულში

ნაბიჯი 1. ფიზიკაში მუშაობის გაგება

თუ ყუთს უბიძგებთ ოთახში, თქვენ დიდი ძალისხმევა გააკეთეთ. თუ ყუთს მაღლა ასწევთ, თქვენც სცადეთ. არსებობს ორი მნიშვნელოვანი კრიტერიუმი, რომელიც უნდა არსებობდეს "ბიზნესში":

თქვენ გთავაზობთ სტაბილურ სტილს.
ეს ძალა ობიექტებს მოძრაობს იმავე მიმართულებით, როგორც ძალა.

ნაბიჯი 2. გაიგე ბიზნესის განმარტება

ძალისხმევის გამოთვლა ადვილია. უბრალოდ გაამრავლეთ ძალის ოდენობა და მთლიანი მანძილი, რომელიც ობიექტმა გაიარა. ჩვეულებრივ, მეცნიერები გამოხატავენ ძალას ნიუტონებში და მანძილს მეტრებში. თუ თქვენ იყენებთ ამ ორივე ერთეულს, შედეგად მიღებული ერთეული არის ჯოული.

როდესაც კითხულობთ ბიზნესს, შეჩერდით და დაფიქრდით სად არის სტილი. თუ ყუთს ასწევთ, თქვენ მაღლა აიწევთ ისე, რომ ყუთი მაღლა მოძრაობს. ასე რომ, მანძილი, რომელსაც ყუთი გადის არის ის, თუ რამდენად მაღლა აიწია იგი ზემოთ. თუმცა, შემდეგ ჯერზე, როცა წინ წახვალ ყუთით, ამ პროცესში ძალისხმევა არ ხდება. მაშინაც კი, თუ თქვენ კვლავ უბიძგებთ ყუთს, რომ არ დაეცეს, ის აღარ მოძრაობს ზემოთ

ნაბიჯი 3. იპოვეთ გადაადგილებული ობიექტის მასა

ობიექტის მასა საჭიროა მისი გადასატანად საჭირო ძალის გამოსათვლელად. ჩვენს მაგალითში დავუშვათ, რომ დატვირთვას აქვს მასა 10 კილოგრამი (კგ).

მოერიდეთ ფუნტის ან სხვა არასტანდარტული ერთეულების გამოყენებას, წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენი საბოლოო პასუხი არ იქნება ჯოულში

ნაბიჯი 4. გამოთვალეთ სტილი

ძალა = მასა x აჩქარება. ჩვენს მაგალითში, წონის პირდაპირ აწევა, აჩქარება, რომელსაც ჩვენ ვაყენებთ, გამოწვეულია გრავიტაციით, რომელიც ნორმალურ პირობებში აჩქარებს ობიექტს ქვევით 9,8 მეტრი/წმ.²რა გამოთვალეთ ძალა, რომელიც საჭიროა ჩვენი დატვირთვის ასამაღლებლად (10 კგ) x (9.8 მ/წმ) გამრავლებით²) = 98 კგ მ/წმ² = 98 ნიუტონი (N).

თუ ობიექტი ჰორიზონტალურად გადაადგილდება, გრავიტაციას არანაირი ეფექტი არ აქვს. პრობლემამ შეიძლება მოგთხოვოთ გამოთვალოთ ძალა, რომელიც საჭიროა ხახუნის წინააღმდეგობის გაწევისთვის. თუ პრობლემა გეუბნებათ ობიექტის აჩქარებას, როდესაც მას უბიძგებენ, შეგიძლიათ გაამრავლოთ ცნობილი აჩქარება მის მასაზე

ნაბიჯი 5. გაზომეთ გადაადგილებული გადაადგილება

ამ მაგალითისთვის დავუშვათ, რომ დატვირთვა მოხსნილია 1.5 მეტრის სიმაღლეზე (მ). გადაადგილება უნდა შეფასდეს მეტრით, წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენი საბოლოო პასუხი არ იქნება ჯოულში.

ნაბიჯი 6. გაამრავლეთ ძალა გადაადგილებით

98 ნიუტონის წონის 1.5 მეტრის სიმაღლის ასამაღლებლად, თქვენ უნდა შეასრულოთ 98 x 1.5 = 147 ჯოული სამუშაო.

ნაბიჯი 7. გამოთვალეთ შესრულებული სამუშაო ობიექტის გარკვეული კუთხით გადასატანად

ჩვენი ზემოთ მოყვანილი მაგალითი მარტივია: ვიღაც ახდენს ძალას ობიექტზე და ობიექტი წინ მიიწევს. ზოგჯერ, ძალის მიმართულება და ობიექტის მოძრაობა არ არის ერთი და იგივე, რადგან ობიექტზე მოქმედებს რამდენიმე ძალა. მომდევნო მაგალითში, ჩვენ გამოვთვლით ჯოულთა რაოდენობას, რომელიც საჭიროა ბავშვისთვის, რათა თოვლი 25 მეტრით გაიყვანოს თოვლის გავლით, თოკის აწევით 30 ° -იანი კუთხით. ამ პრობლემისთვის მუშაობა = ძალა x კოსინუსი (θ) x გადაადგილება. სიმბოლო არის ბერძნული ასო თეტა და აღწერს კუთხეს ძალის მიმართულებასა და მოძრაობის მიმართულებას შორის.

ნაბიჯი 8. იპოვეთ მთლიანი გამოყენებული ძალა

ამ პრობლემისთვის, დავუშვათ, ბავშვი იჭერს სტრიქონს 10 ნიუტონის ძალით.

თუ პრობლემა ახდენს ძალას მარჯვნივ, აღმავალ ძალას ან ძალას მოძრაობის მიმართულებით, მაშინ ეს ძალები უკვე ითვლიან ძალის x კოსინუს (θ) ნაწილს და თქვენ შეგიძლიათ გამოტოვოთ წინ და განაგრძოთ მნიშვნელობების გამრავლება. რა

ნაბიჯი 9. გამოთვალეთ შესაბამისი ძალა

მხოლოდ რამდენიმე სტილი უბიძგებს სასწავლებელს წინ. როდესაც სიმები მიმართულია ზემოთ, სხვა ძალა ცდილობს მის აწევას, გრავიტაციის საწინააღმდეგოდ. გამოთვალეთ ძალა, რომელიც მოქმედებს მოძრაობის მიმართულებით:

ჩვენს მაგალითში, კუთხე ბრტყელ თოვლსა და თოკს შორის არის 30º.
გამოთვალე cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = დაახლოებით 0.866. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ კალკულატორი ამ მნიშვნელობის საპოვნელად, მაგრამ დარწმუნდით, რომ თქვენი კალკულატორი იყენებს იგივე ერთეულებს, რაც კუთხის გაზომვას (გრადუსი ან რადიანი).
გავამრავლოთ საერთო ძალა x cos (θ). ჩვენს მაგალითში 10 N x 0.866 = 8.66 ძალა მოძრაობის მიმართულებით.

ნაბიჯი 10. გავამრავლოთ ძალა x გადაადგილება

ახლა, როდესაც ჩვენ ვიცით ძალა, რომელიც მოძრაობს მოძრაობის მიმართულებით, შეგვიძლია გამოვთვალოთ მუშაობა ჩვეულებისამებრ. ჩვენი პრობლემა გვეუბნება, რომ სასწავლებელი წინ მიიწევს 20 მეტრით, ასე რომ გამოთვალეთ 8.66 N x 20 მ = 173.2 ჯოული სამუშაო.

მეთოდი 2 -დან 5 -დან: ჯოულის გამოთვლა ვატიდან

ნაბიჯი 1. გაიაზრეთ ძალა და ენერგია

ვატი არის ენერგიის მოხმარების სიმძლავრე ან სიჩქარე (ენერგია გაყოფილი დროზე). მაშინ როდესაც ჯული ენერგიის ერთეულია. ვატის გადაყვანა ჯოულში, თქვენ უნდა განსაზღვროთ დრო. რაც უფრო დიდხანს მიედინება ელექტრული დენი, მით მეტია გამოყენებული ენერგია.

ნაბიჯი 2. გაამრავლეთ ვატი წამებში ჯოულის მისაღებად

1 ვატიანი მოწყობილობა მოიხმარს 1 ჯოულს ენერგიას ყოველ 1 წამში. თუ გავამრავლებთ ვატის რაოდენობას წამში, მიიღებთ ჯოულს. იმის გასარკვევად, თუ რამდენ ენერგიას ხარჯავს 60W ნათურა 120 წამში, თქვენ უბრალოდ უნდა გაამრავლოთ 60 ვატი x 120 წამი = 7,200 ჯოული.

ეს ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ვატებში გამოხატული ნებისმიერი სიმძლავრისთვის, მაგრამ ზოგადად ელექტროენერგიაში

მეთოდი 5 -დან 5: ჯინებში კინეტიკური ენერგიის გამოთვლა

ნაბიჯი 1. გაიაზრეთ კინეტიკური ენერგია

კინეტიკური ენერგია არის ენერგიის რაოდენობა მოძრაობის სახით. სხვა ენერგეტიკული ერთეულების მსგავსად, კინეტიკური ენერგია შეიძლება დაიწეროს ჯოულებში.

კინეტიკური ენერგია უდრის სამუშაოს რაოდენობას სტატიკური ობიექტის გარკვეულ სიჩქარეზე დასაჩქარებლად. მას შემდეგ, რაც ობიექტი მიაღწევს ამ სიჩქარეს, ობიექტი შეინარჩუნებს კინეტიკური ენერგიის გარკვეულ რაოდენობას, სანამ ენერგია არ გადაიქცევა სითბოში (ხახუნისგან), გრავიტაციული პოტენციური ენერგია (გრავიტაციის საწინააღმდეგოდ გადაადგილებიდან) ან სხვა სახის ენერგიად

ნაბიჯი 2. იპოვეთ ობიექტის მასა

მაგალითად, ჩვენ ვზომავთ ველოსიპედისა და ველოსიპედისტის კინეტიკურ ენერგიას. მაგალითად, მხედარს აქვს 50 კგ მასა, ხოლო მისი ველოსიპედის მასა 20 კგ, მთლიანი მასა 70 კგ. ახლა ჩვენ განვიხილავთ ორს, როგორც ერთ ობიექტს 70 კგ მასით, რადგან ორივე ერთი სიჩქარით მოძრაობს.

ნაბიჯი 3. გამოთვალეთ სიჩქარე

თუ თქვენ უკვე იცით ველოსიპედისტის სიჩქარე ან სიჩქარე, უბრალოდ ჩაწერეთ და გააგრძელეთ. თუ თქვენ გჭირდებათ სიჩქარის გამოთვლა, გამოიყენეთ ქვემოთ მოყვანილი ერთ -ერთი მეთოდი. გაითვალისწინეთ, რომ ჩვენ ვეძებთ სიჩქარეს და არა სიჩქარეს (რაც არის სიჩქარე მოცემული მიმართულებით), თუმცა აბრევიატურა v ხშირად გამოიყენება. იგნორირება გაუკეთეთ ველოსიპედისტის შემობრუნებას და ივარაუდეთ, რომ მთელი მანძილი დაფარულია სწორი ხაზით.

თუ ველოსიპედისტი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით (არ აჩქარებს), გაზომეთ მანძილი, რომელსაც მოძრაობს ველოსიპედისტი მეტრებში და გაყავით იმ წამების რაოდენობაზე, რაც დასჭირდება ამ მანძილის დაფარვას. ეს გაანგარიშება გამოიღებს საშუალო სიჩქარეს, რომელიც ამ შემთხვევაში უდრის მყისიერ სიჩქარეს.
თუ ველოსიპედისტი განიცდის მუდმივ აჩქარებას და არ ცვლის მიმართულებას, გამოთვალეთ მისი სიჩქარე t დროს სიჩქარის ფორმულის გამოყენებით t = (აჩქარება) (t) + საწყისი სიჩქარე. გამოიყენეთ მეორე დროის გასაზომად, მეტრი/წამი სიჩქარის გასაზომად და მ/წმ² აჩქარების გასაზომად.

ნაბიჯი 4. შეაერთეთ ეს რიცხვები შემდეგ ფორმულაში

კინეტიკური ენერგია = (1/2) მ ვ ²რა მაგალითად, თუ ველოსიპედისტი მოძრაობს 15 მ/წმ სიჩქარით, მისი კინეტიკური ენერგია EK = (1/2) (70 კგ) (15 მ/წმ)² = (1/2) (70 კგ) (15 მ/წმ) (15 მ/წმ) = 7875 კგმ²/წ² = 7875 ნიუტონ მეტრი = 7875 ჯოული.

კინეტიკური ენერგიის ფორმულა შეიძლება გამომდინარეობდეს სამუშაოს განმარტებიდან, W = FΔs და კინემატიკური განტოლებიდან v² = v₀² + 2aΔs. s წარმოადგენს პოზიციის ან განვლილი მანძილის ცვლილებას.

მეთოდი 4 -დან 5 -დან: სითბოს გამოთვლა ჯოულში

ნაბიჯი 1. იპოვეთ გათბობის ობიექტის მასა

გამოიყენეთ სასწორი ან საგაზაფხულო ბალანსი მის გასაზომად. თუ ობიექტი არის თხევადი, ჯერ გაზომეთ ცარიელი კონტეინერი, რომელშიც არის სითხე და იპოვეთ მისი მასა. თქვენ უნდა გამოაკლოთ მას კონტეინერის მასიდან პლუს სითხე, რომ იპოვოთ სითხის მასა. ამ მაგალითისთვის, ვთქვათ, ობიექტი არის 500 გრამი წყალი.

გამოიყენეთ გრამი და არა სხვა ერთეული, წინააღმდეგ შემთხვევაში შედეგი არ იქნება ჯოული

ნაბიჯი 2. იპოვეთ ობიექტის კონკრეტული სითბო

ეს ინფორმაცია შეგიძლიათ იხილოთ ქიმიის ცნობარში, როგორც წიგნის სახით, ასევე ონლაინ რეჟიმში. წყლისთვის, c– ს სპეციფიკური სითბო არის 4.19 ჯოული გრამზე თითოეული გაცხელებული გრადუსისთვის - ან 4.1855, თუ გჭირდებათ ზუსტი მნიშვნელობა.

ფაქტობრივი სპეციფიკური სითბო ოდნავ იცვლება ტემპერატურისა და წნევის მიხედვით. სხვადასხვა ორგანიზაციები და სახელმძღვანელოები იყენებენ სხვადასხვა სტანდარტულ ტემპერატურას, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ წყლის სპეციფიური სითბო 4.179.
შეგიძლიათ გამოიყენოთ კელვინი ცელსიუსის ნაცვლად, რადგან ტემპერატურის სხვაობა ერთი და იგივეა ორივე ერთეულისთვის (რაღაცის გათბობა 3ºC უდრის გათბობას 3 კელვინით). არ გამოიყენოთ ფარენჰაიტი, წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენი შედეგები არ იქნება ჯოულში.

ნაბიჯი 3. იპოვეთ ობიექტის საწყისი ტემპერატურა

თუ ობიექტი არის თხევადი, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ვერცხლისწყლის თერმომეტრი. ზოგიერთ ნივთზე შეიძლება დაგჭირდეთ ზონდის თერმომეტრი.

ნაბიჯი 4. გაათბეთ ობიექტი და კვლავ გაზომეთ ტემპერატურა

ეს გაზომავს ობიექტის სითბოს მომატებას გათბობის დროს.

თუ გსურთ გაზომოთ სითბოს სახით შენახული ენერგიის მთლიანი რაოდენობა, შეგიძლიათ ივარაუდოთ, რომ საწყისი ტემპერატურა არის აბსოლუტური ნული: 0 კელვინი ან -273.15ºC. ეს არ არის ძალიან სასარგებლო

ნაბიჯი 5. გათბობის ტემპერატურის გამოკლება საწყისი ტემპერატურა

ეს შემცირება გამოიწვევს ტემპერატურის ცვლილების ხარისხს ობიექტში. დავუშვათ, რომ წყალი ადრე იყო 15 გრადუსი ცელსიუსამდე და თბებოდა 35 გრადუსამდე, ტემპერატურა იცვლება 20 გრადუსამდე.

ნაბიჯი 6. გავამრავლოთ ობიექტის მასა მის სპეციფიკურ სითბოზე და ტემპერატურის ცვლილების სიდიდეზე

ფორმულა იწერება Q = mc T, სადაც T არის ტემპერატურის ცვლილება. ამ მაგალითისთვის, ეს იქნება 500 გ x 4, 19 x 20 ან 41,900 ჯოული.

სითბო უფრო ხშირად იწერება კალორიულ ან კილოკალორიულ მეტრულ სისტემაში. კალორია განისაზღვრება, როგორც სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გრ წყლის ტემპერატურაზე 1 გრადუს ცელსიუსით ასამაღლებლად, ხოლო კილოკალორია არის სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 კილოგრამ წყლის ტემპერატურაზე 1 გრადუს ცელსიუსით ასამაღლებლად. ზემოთ მოყვანილ მაგალითში, 500 გრამი წყლის 20 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე გაზრდა მოიხმარს 10 000 კალორიას ან 10 კილოკალორიას

მეთოდი 5 -დან 5 -დან: ჯოულის გამოთვლა, როგორც ელექტროენერგია

ნაბიჯი 1. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ნაბიჯები, რათა გამოვთვალოთ ენერგიის ნაკადი ელექტრული წრეში

ქვემოთ მოყვანილი ნაბიჯები ჩამოთვლილია როგორც პრაქტიკული მაგალითები, მაგრამ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ მეთოდი წერითი ფიზიკის პრობლემების გასაგებად. პირველი, ჩვენ გამოვთვლით სიმძლავრის P ფორმულის გამოყენებით P = I² x R, სადაც მე არის დენი ამპერებში და R არის წინააღმდეგობა ოჰმებში. ეს ერთეულები გამოიმუშავებენ სიმძლავრეს ვატებში, ასე რომ აქედან, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ფორმულა წინა საფეხურში ენერგიის გამოსათვლელად ჯოულებში.

ნაბიჯი 2. აირჩიეთ რეზისტორი

რეზისტორების გაზომვა ხდება ომში, ზომები პირდაპირ დაწერილია ან წარმოდგენილია ფერადი ხაზების კოლექციით. თქვენ ასევე შეგიძლიათ შეამოწმოთ რეზისტორის წინააღმდეგობა ოჰმეტრთან ან მულტიმეტრთან შეერთებით. ამ მაგალითისთვის, ჩვენ ვივარაუდოთ, რომ რეზისტორი არის 10 Ohms.

ნაბიჯი 3. შეაერთეთ რეზისტორი მიმდინარე წყაროსთან

თქვენ შეგიძლიათ დაუკავშიროთ მავთულები რეზისტორს Fahnestock ან ალიგატორის სამაგრებით, ან შეგიძლიათ შეაერთოთ რეზისტორი საცდელ დაფაზე.

ნაბიჯი 4. ნაკადის გავლა წრეში გარკვეული დროის ინტერვალით

ამ მაგალითისთვის ჩვენ გამოვიყენებთ 10 წამის ინტერვალს.

ნაბიჯი 5. გაზომეთ მიმდინარე სიძლიერე

გააკეთეთ ეს ამმეტრით ან მულტიმეტრით. საყოფაცხოვრებო დენების უმეტესობა იზომება მილიამპერით, ანუ ათასობით ამპერით, ამიტომ ვივარაუდოთ, რომ დენი არის 100 მილიამპერი ან 0.1 ამპერი.

ნაბიჯი 6. გამოიყენეთ ფორმულა P = I² x რ

სიმძლავრის საპოვნელად, გამრავლდით დენის კვადრატი წინააღმდეგობაზე. ეს იწვევს ენერგიის გამომუშავებას ვატებში. კვადრატი 0.1 იძლევა 0.01 შედეგს, გამრავლებული 10 -ით იძლევა სიმძლავრეს 0.1 ვატი ან 100 მილივატი.