Descobrir joules

5 Método:

Nomeado em nome do físico Inglês Edward James Joule, o joule (J) é uma das pedras angulares de unidades métricas internacionais. O efeito de Joule é utilizado como uma unidade de trabalho, de energia e de calor, e é amplamente utilizada em aplicações científicas. Se você quer dar uma resposta em joules, certifique-se sempre de usar unidades científicas padrão. O "pé-libra" ou "Unidade Térmica Britânica" ainda é usado em alguns campos, mas não tem lugar na sua casa física.

método 1Calcule o trabalho em joules

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Compreender a definição de trabalho em física. Se você empurrar uma caixa para um quarto, você tem feito um monte de trabalho. Se você acorda, você já fez um monte de trabalho. Há duas qualidades importantes que devem existir para o "trabalho" ocorre ..

• Aplicar uma força constante.
• A força faz com que o objeto se mover nessa direção.

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Definir o trabalho. É fácil de calcular o trabalho. Simplesmente multiplicar a quantidade de força usada com o valor da distância percorrida. Normalmente, os cientistas medem a força em newtons ea distância em metros. Se você usar essas unidades de começar o trabalho em joules.

• Sempre que você lê um problema relacionado com o trabalho, começar a pensar sobre onde a força é aplicada. Se você levantar um meio de caixa que empurram para cima levando a este objeto aumentos (portanto, a distância é a altura em que a caixa é gerado). No entanto, se você andar para a frente, segurando a caixa, nenhum trabalho ocorre. Se você continuar a empurrar a caixa para cima para evitar que ele caia, isso não ganhar altitude.

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Encontre a massa do objeto em movimento. É necessário calcular a massa de um objecto, a fim de calcular a força necessária para mover. No nosso exemplo, usaremos uma pessoa que levanta um peso do chão para o peito e calcular a quantidade de trabalho que mantém esse peso. Suponha-se que o peso tem uma massa de 10 quilogramas (kg).

• Evitar o uso de libras ou outras unidades fora do padrão, ou a sua resposta final não será em termos de joules.

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Calcule a força. Força = massa x aceleração. No nosso exemplo, ao levantar-se em linha reta, aceleração que enfrentamos é devido à gravidade, o que equivale a 9,8 metros / segundo. Calcula necessário para mover o peso para cima através da multiplicação x (10 kg) (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 newtons (N).

• Se o objeto se move horizontalmente, a gravidade é irrelevante. O problema pode pedir-lhe para calcular a força necessária para superar o atrito. Se o problema lhe diz o quão rápido o objeto acelera quando pressionado, você pode multiplicar a aceleração dada à massa.

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Medir a distância percorrida. Para este exemplo, suponha que o peso de 1,5 metros (m) sobe. A distância deve ser medida em metros ou a sua resposta final não será escrito em joules.

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Multiplicar a força pela distância. Para levantar um peso de 98 Newton 1,5 metros acima, você deve exercer 98 x 1,5 = 147 joules de trabalho.

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Calcule trabalho para objetos em movimento em um ângulo. O nosso exemplo anterior foi simples: alguém uma força para cima exercida sobre o objeto e ele mudou-se nessa direção. Por vezes, a direcção da força e o movimento do objecto não são exactamente os mesmos, devido a múltiplos forças que actuam sobre o objecto. No exemplo a seguir, vamos calcular a quantidade de joules necessários para uma criança para arrastar um trenó 25 metros através da neve que puxa uma orientada a um ângulo de 30 ° corda. Para este cenário, o trabalho = força x cos (θ) x distância. O símbolo θ é a letra grega "teta" e descreve o ângulo entre a direcção da força e movimento.

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Encontrar a força total aplicada. Para este problema, assumir que a criança puxa a corda exercendo uma força de 10 Newtons.

• Se o problema dá-lhe a "direita dura", "power up" ou "força na direção do movimento" já foi calculado parte do problema "força x cos (θ)" e você pode passar para multiplicar valores.

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Calcula a força relevante. Apenas uma parte da força puxando o trenó para a frente. Uma vez que a corda está a um ângulo para cima, o resto da força tenta puxar o trenó para cima, puxando inutilmente contra a gravidade. Calcula-se a força aplicada na direcção de movimento:

• No nosso exemplo, o ângulo θ entre a neve e a corda é de 30 °.
• Calcula as cos (θ). cos (30 °) = (√3) / 2 = cerca de 0.866. Você pode usar uma calculadora para encontrar esse valor, mas certifique-se a calculadora está definida para a mesma unidade como a medição do ângulo (graus ou radianos).
• Multiplique o total de força x cos (q). No nosso exemplo, 10N x 0,866 = 8,66 N de força na direcção do movimento.

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Multiplica a força x distância. Agora que sabemos que a quantidade de força que vai para a direcção de movimento, pode-se calcular o trabalho como de costume. Nosso problema indica que os trenó 20 metros avançou, então nós achamos 8,66 N x 20 m = 173,2 joules de trabalho.

método 2Calculando joules de Watt

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Saiba mais sobre a potência e energia. Watts são uma medida de poder ou o quão rápido a energia (energia ao longo do tempo) é usado. O joule é uma medida de energia. Se você quiser watt conversão para joules, você precisa especificar um prazo. Quanto maior o fluxo de uma corrente mais energia, é usado.

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watts multiplicam por segundo para encontrá-lo joules. dispositivo Wats consome 1 joule de energia por segundo. Se você multiplicar o número de watts pelo número de segundos, você joules. Para determinar a quantidade de energia de uma lâmpada de 60 watts consome em 120 segundos, basta multiplicar (60 watts) x (120 segundos) = 7200 joules.

• Esta fórmula funciona para qualquer tipo de poder medido em watts, mas a electricidade é a aplicação mais comum.

método 3Calcule a energia cinética em joules

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Entenda a força cinética. A energia cinética é a quantidade de energia sob a forma de movimento. Tal como acontece com qualquer unidade de energia, que pode ser expresso em unidades de joules.

• A energia cinética é equivalente à quantidade de trabalho realizado para acelerar um objecto estático a uma determinada velocidade. Depois de ter atingido essa velocidade, o objeto irá reter essa quantidade de energia cinética, até que a energia é transformada em calor (devido ao atrito), a energia potencial gravitacional (devido ao movimento contra a gravidade) ou de outros tipos de energia.

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Localizar a massa do objecto. Por exemplo, podemos medir a energia cinética de uma bicicleta e um ciclista. Suponha-se que o piloto tem uma massa de 50 kg e 20 kg de ciclismo, para obter uma massa total m 70 kg. Agora podemos tratá-los como um único objeto de 70 kg, desde que se deslocam em conjunto com a mesma velocidade.

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Calcule a velocidade. Se você sabe a velocidade do ciclista, basta gravá-la e continua. Se você precisa calcular o seu próprio, usar um desses métodos abaixo. Por favor note que vamos nos concentrar em velocidade, não de velocidade (que é a velocidade em um determinado sentido), embora seja muitas vezes utilizado abreviatura v. Ignora transforma o piloto fazer e fingir que toda a distância é uma linha reta.

• Se o piloto estavam se movendo em um ritmo constante (não a velocidade), mede a distância percorrida ciclista em metros e dividir pelo número de segundos que levou para mover essa distância. Isto dará a velocidade média, o que neste cenário é a mesma que a velocidade num dado momento.
• Se o piloto acelera de forma constante e não muda de direção, calcula sua velocidade no tempo t com a fórmula "mais rápido tempo" t = (aceleração) (t) + Velocidade inicial. Usado para medir a segunda vez, metros / segundo para medir a velocidade e m / s para medir aceleração.

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Digite estes números na seguinte fórmula. energia cinética = (1/2)m `v. Por exemplo, se o condutor viaja a 15 m / s, a sua energia cinética K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) ( 15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 = 7875 metros joules newton.

• A fórmula de energia cinética pode ser derivada a partir da definição de trabalho, W = FΔs e cinética equação v = v₀ + 2aΔs. Ds refere-se a "mudança de posição", ou a quantidade de distância percorrida.

método 4Calcule o calor em joules

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Encontre a massa do objeto que você está sendo aquecido. Para isso, use uma balança de mola ou escala. Se o objeto for um líquido, primeiro pesar o recipiente vazio em que você vai colocar o líquido e encontra sua massa. É preciso subtraindo a massa do recipiente de líquido e para encontrar a massa desta última. Para este exemplo, vamos supor que o objeto representa 500 gramas de água.

• Use gramas, nenhuma outra unidade, ou o resultado não será em joules.

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Encontrar a capacidade térmica específica para este objeto. Você pode encontrar essa informação em uma referência química, seja em livros ou na Internet. Para a água, a capacidade de calor e específico c É joules por grama 4,19 para cada grau Celsius de calor ou 4,1855, se você precisa ser muito preciso.

• A capacidade de calor específica varia ligeiramente com base na temperatura e pressão. Diferentes organizações e livros de usar "temperatura padrão" diferente, para que você possa ver a capacidade de calor específico da água exibido como 4.179.
• Pode utilizar graus Kelvin Celsius em vez disso, uma vez que a diferença de temperatura é a mesma em ambas as unidades (algo calor em 3 ° C é o mesmo que o calor em 3 graus Kelvin). NÃO use graus Fahrenheit ou o resultado não será em joules.

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Localizar a temperatura actual do objecto. Se o objeto for um líquido, você pode usar um termómetro. Para alguns itens, você pode precisar de um termómetro com sonda.

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Aqueça o objeto e mede a temperatura novamente. Isto permite medir a quantidade de calor que irá adicionar ao objeto durante o aquecimento.

• Se você quiser medir a quantidade total de energia armazenada na forma de calor, você pode simular a temperatura inicial foi de zero absoluto: 0 Kelvin ou -273,15 ° C. Normalmente, isto não é útil.

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Subtrair a temperatura inicial da temperatura de aquecimento. Isto irá produzir os graus de variação de temperatura do objecto. Assumindo que a água foi geralmente de cerca de 15 graus Celsius e aquece-se a cerca de 35 ° C, a alteração da temperatura iria ser de 20 ° C.

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Multiplica a massa do objeto por sua capacidade de calor específico e a quantidade de mudança de temperatura. Esta fórmula é escrita como H = mcΔT, onde .DELTA.T significa "mudança de temperatura". Para este exemplo, isso seria 4,19 x 500 g x 20 joules ou 41.900.

• No sistema métrico, o calor é expressa na maioria das vezes em termos de calorias ou quilocalorias. Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água por 1 ° C, enquanto que um quilocalorias (ou de calorias) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água por 1 ° C. No exemplo acima, 500 g de elevador de água a 20 ° C passar 10.000 calorias ou quilocalorias 10.

método 5Calcule joules como electricidade

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Use as seguintes etapas para calcular o fluxo de energia em um circuito elétrico. Os passos seguintes são escritos como um exemplo prático, mas você também pode usar o método para compreender os problemas dos escritos físicas. Em primeiro lugar, calcular a potência P utilizando a fórmula P = R x I, onde I é a corrente em amperes e R é a resistência em ohms. Estas unidades nos dar a potência, então a partir daí, podemos usar a fórmula na etapa anterior para calcular a energia em joules.

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Escolha um resistor. As resistências são classificados em ohms, com a classificação marcado directamente ou indicado por uma série de faixas de cores. Você também pode testar a resistência do resistor quando conectado a um ohmímetro ou multímetro. Para este exemplo, vamos supor que o resistor tem uma potência de 10 ohms.

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Ligue a resistência à fonte de energia. Conecte os cabos ao resistor com clipes Fahnestock ou agrafos, ou conecte o resistor a uma placa de ensaio.

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A corrente passa através do circuito por um período de tempo. Para este exemplo, que vai ao longo de um período de 10 segundos.

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Ele mede a intensidade da corrente. Fazê-lo com um amperímetro ou multímetro. Grande parte da atual doméstica está em miliamperes ou milésimos de um amplificador, por isso suponho que a corrente é de 100 mA ou 0,1 ampères.

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Utilizar a fórmula P = I x R. Para determinar a potência, multiplicar ao quadrado da corrente através da resistência. Isso gera a potência em watts. 0.1 dá raise ao quadrado multiplicado por 0,01 e 10 dá um consumo de energia de 0,1 watts ou 100 miliwatts de.

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Multiplicar a potência pela quantidade de tempo que passou. Isto resulta num consumo de energia em joules. 0.1 watts x 10 segundos é igual a 1 joule de energia eléctrica.

• Como joules são pequenas unidades e porque os dispositivos tipicamente empregam watts, e miliwatts quilowatts para indicar a quantidade de energia utilizada, as empresas normalmente medir seu consumo de energia em quilowatts-hora. Um watt é igual a 1 joule por segundo ou um joule igual a um watt-segundo. Um quilowatt é igual a 1 kilojoule por segundo e 1 kilojoule é igual a um kilowatt-segundo. Uma vez que existem 3.600 segundos em uma hora, 1 quilowatt-hora é igual a 3600 quilowatts-segundos, ou 3600 kj 3,6 milhões de joules.

dicas

• Relacionadas com joule, o erg é outra unidade métrica que indica o trabalho e energia. 1 erg é igual a 1 dine da força por uma distância de 1 cm. 1 joule é igual a 10 milhões de ergs.

avisos

• Embora os termos "efeito de Joule" e "metro Newton" descrevem a mesma unidade, na prática, "ele Joule" é usado quando representa qualquer forma de energia e trabalho feito em linha recta, como no exemplo anterior, onde ele é executado até um lance de escadas. Quando usado para medir um binário, a aplicação de força sobre a rotação de um objecto, é preferível usar "Newton metro".

Coisas que você precisa

Trabalho ou energia cinética:

• cronómetro ou temporizador
• escala ou de equilíbrio
• calculadora com a função co-seno (apenas para calcular o trabalho, embora nem sempre é necessário)

Calcule a potência:

• resistência
• cabos ou placa de ensaio
• multímetro (medidor de ohm e amperímetro ou separadamente)
• clips Fahnestock ou pinças

calor:

• um objeto ao calor
• uma fonte de calor (tal como um bico de Bunsen)
• termómetro (ou uma lâmpada ou sonda)
• livro de referência sobre química (para encontrar a capacidade de calor específica do objeto a ser aquecida)