Adını İngiliz fizikçi James Edward Joule'den alan joule (J), uluslararası metrik sistemin temel birimlerinden biridir. Joule iş, enerji ve ısı birimi olarak kullanılır ve bilimsel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Cevabınızı joule cinsinden istiyorsanız, her zaman standart bilimsel birimleri kullandığınızdan emin olun. Ayak poundu veya İngiliz ısı birimi (BTU) bazı alanlarda hala kullanılmaktadır, ancak fizik ödevinizde kullanılmamaktadır.
Adım
Yöntem 1/5: İşi Joule Olarak Hesaplama
Adım 1. Fizikteki işi anlayın
Bir kutuyu bir odadan iterseniz, çaba sarf etmiş olursunuz. Kutuyu kaldırırsanız, aynı zamanda bir çaba sarf etmiş olursunuz. "İş"te bulunması gereken iki önemli kriter vardır:
- Sabit bir stil sağlıyorsunuz.
- Bu kuvvet cisimleri kuvvetle aynı yönde hareket ettirir.
Adım 2. İşletmenin tanımını anlayın
Çaba hesaplamak kolaydır. Sadece kuvvet miktarını ve nesnenin kat ettiği toplam mesafeyi çarpın. Bilim adamları genellikle kuvveti Newton ve mesafeyi metre cinsinden ifade eder. Bu birimlerin her ikisini de kullanırsanız, ortaya çıkan iş birimi Joule'dür.
Ne zaman işle ilgili bir soru okusanız, durun ve stilin nerede olduğunu düşünün. Kutuyu kaldırırsanız, yukarı doğru itersiniz, böylece kutu yukarı hareket eder. Yani, kutunun kat ettiği mesafe, ne kadar yükseğe çıktığıdır. Ancak, bir dahaki sefere kutu ile ilerlediğinizde, bu süreçte hiçbir çaba gösterilmez. Düşmesini önlemek için kutuyu hala yukarı itiyor olsanız bile, artık yukarı çıkmıyor
Adım 3. Yeri değiştirilen nesnenin kütlesini bulun
Bir cismin kütlesi, onu hareket ettirmek için gereken kuvveti hesaplamak için gereklidir. Örneğimizde, yükün kütlesinin 10 kilogram (kg) olduğunu varsayalım.
Pound veya diğer standart olmayan birimleri kullanmaktan kaçının, aksi takdirde son cevabınız joule cinsinden olmayacaktır
Adım 4. Stili hesaplayın
Kuvvet = kütle x ivme. Örneğimizde, ağırlığı dümdüz yukarı kaldırırken uyguladığımız ivme, normal şartlar altında nesneyi 9,8 metre/sn hızla aşağıya doğru hızlandıran yerçekiminden kaynaklanmaktadır.2. Yükümüzü yukarı taşımak için gereken kuvveti (10 kg) x (9,8 m/sn) ile çarparak hesaplayın.2) = 98 kg m/s2 = 98 Newton (N).
Cisim yatay olarak hareket ettirilirse yerçekimi etkisi olmaz. Problem, sürtünmeye direnmek için gereken kuvveti hesaplamanızı isteyebilir. Problem size bir cismin itildiği anda ivmesini söylüyorsa, bilinen ivmeyi kütlesiyle çarpabilirsiniz
Adım 5. Katedilen yer değiştirmeyi ölçün
Bu örnek için, bir yükün 1,5 metre (m) yüksekliğe kaldırıldığını varsayalım. Yer değiştirme metre cinsinden ölçülmelidir, yoksa son cevabınız joule cinsinden olmaz.
Adım 6. Kuvveti yer değiştirme ile çarpın
1.5 metre yükseklikte 98 Newton ağırlığı kaldırmak için 98 x 1.5 = 147 jul iş yapmanız gerekir.
Adım 7. Cismi belirli bir açıyla hareket ettirmek için yapılan işi hesaplayın
Yukarıdaki örneğimiz basittir: birisi bir nesneye ileri bir kuvvet uygular ve nesne ileriye doğru hareket eder. Bazen kuvvetin yönü ve cismin hareketi aynı değildir, çünkü cisme etki eden birkaç kuvvet vardır. Bir sonraki örnekte, bir çocuğun düz karda 25 metrelik bir kızağı çekmesi için gereken joule sayısını ipi 30º'lik bir açıyla yukarı çekerek hesaplayacağız. Bu problem için iş = kuvvet x kosinüs(θ) x yer değiştirme. Sembol, Yunanca teta harfidir ve kuvvetin yönü ile hareket yönü arasındaki açıyı tanımlar.
Adım 8. Uygulanan toplam kuvveti bulun
Bu problem için, bir çocuğun 10 Newton'luk bir kuvvetle bir ip çektiğini varsayalım.
Problem sağa bir kuvvet, yukarıya doğru bir kuvvet veya hareket yönünde bir kuvvet uyguluyorsa, bu kuvvetler zaten kuvvetin x kosinüs(θ) kısmını hesaba katar ve ileri atlayıp değerleri çarpmaya devam edebilirsiniz.
Adım 9. Karşılık gelen kuvveti hesaplayın
Sadece birkaç model kızağı öne çeker. İp yukarı bakarken, başka bir kuvvet onu yerçekimine karşı çekerek yukarı çekmeye çalışır. Hareket yönünde uygulanan kuvveti hesaplayın:
- Örneğimizde, düz kar ile ip arasındaki açı 30º'dir.
- cos(θ) hesaplayın. cos(30º) = (√3)/2 = yaklaşık 0.866. Bu değeri bulmak için bir hesap makinesi kullanabilirsiniz, ancak hesap makinenizin açı ölçümünüzle (derece veya radyan) aynı birimleri kullandığından emin olun.
- Toplam kuvveti x cos(θ) ile çarpın. Örneğimizde, hareket yönünde 10 N x 0.866 = 8.66 kuvvet.
Adım 10. Kuvvet x yer değiştirmeyi çarpın
Artık hareket yönünde ilerleyen kuvveti bildiğimize göre, işi her zamanki gibi hesaplayabiliriz. Problemimiz bize kızağın 20 metre ilerlediğini söylüyor, bu yüzden 8.66 N x 20 m = 173.2 joule iş hesaplayın.
Yöntem 2/5: Watt'tan Joule Hesaplama
Adım 1. Güç ve enerjiyi anlayın
Watt, bir güç birimi veya enerji kullanım oranıdır (enerjinin zamana bölünmesi). Joule ise bir enerji birimidir. Watt'ı Joule'ye dönüştürmek için zamanı belirlemeniz gerekir. Elektrik akımı ne kadar uzun akarsa, kullanılan enerji o kadar büyük olur.
Adım 2. Joule elde etmek için Watt'ı saniyelerle çarpın
1 Watt'lık bir cihaz her 1 saniyede 1 Joule enerji tüketecektir. Watt sayısını saniyelerle çarparsanız Joule elde edersiniz. 60W'lık bir lambanın 120 saniyede ne kadar enerji tükettiğini bulmak için 60 watt x 120 saniye = 7,200 Joule ile çarpmanız yeterlidir.
Bu formül, Watt cinsinden ifade edilen herhangi bir güç için kullanılabilir, ancak genellikle elektrikle ifade edilir
Yöntem 3/5: Kinetik Enerjiyi Joule Olarak Hesaplama
Adım 1. Kinetik enerjiyi anlayın
Kinetik enerji, hareket biçimindeki enerji miktarıdır. Diğer enerji birimleri gibi kinetik enerji de joule cinsinden yazılabilir.
Kinetik enerji, statik bir cismi belirli bir hıza çıkarmak için yapılan iş miktarına eşittir. Nesne bu hıza ulaştığında, enerji ısıya (sürtünmeden), yerçekimi potansiyel enerjisine (yerçekimine karşı hareket etmekten) veya diğer enerji türlerine dönüşene kadar nesne belirli bir miktarda kinetik enerjiyi koruyacaktır
Adım 2. Cismin kütlesini bulun
Örneğin, bir bisikletin ve bir bisikletçinin kinetik enerjisini ölçüyoruz. Örneğin, binicinin kütlesi 50 kg ve bisikletinin kütlesi 20 kg, toplam kütlesi m 70 kg. Şimdi ikisini de aynı hızda hareket edecekleri için kütlesi 70 kg olan tek bir nesne olarak ele alacağız.
Adım 3. Hızı hesaplayın
Bisikletçinin hızını veya hızını zaten biliyorsanız, bir yere yazın ve devam edin. Hızı hesaplamanız gerekiyorsa, aşağıdaki yöntemlerden birini kullanın. V kısaltması sıklıkla kullanılmasına rağmen, hızı değil (belirli bir yöndeki hızdır) hızı aradığımızı unutmayın. Bisikletçinin yaptığı dönüşleri görmezden gelin ve tüm mesafenin düz bir çizgide kat edildiğini varsayın.
- Bisikletçi sabit bir hızla hareket ediyorsa (hızlanmıyorsa), bisikletçinin kat ettiği mesafeyi metre cinsinden ölçün ve bu mesafeyi kat etmesi gereken saniye sayısına bölün. Bu hesaplama, bu durumda anlık hıza eşit olan ortalama hızı verecektir.
- Bisikletçi sabit hızlanma yaşıyor ve yön değiştirmiyorsa, t zamanındaki hızı = (ivme)(t) + ilk hız formülünü kullanarak t zamanındaki hızını hesaplayın. Zamanı ölçmek için saniyeyi, hızı ölçmek için metre/saniyeyi ve m/s'yi kullanın2 ivmeyi ölçmek için
Adım 4. Bu sayıları aşağıdaki formüle takın
Kinetik enerji = (1/2) m v 2. Örneğin, bir bisikletçi 15 m/s hızla hareket ediyorsa, kinetik enerjisi EK = (1/2)(70 kg)(15 m/s)2 = (1/2)(70 kg)(15 m/s)(15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 newton metre = 7875 joule.
Kinetik enerji formülü işin tanımından türetilebilir, W = FΔs ve kinematik denklem v2 = v02 + 2aΔs. s, konum veya kat edilen mesafedeki bir değişikliği temsil eder.
Yöntem 4/5: Isıyı Joule Olarak Hesaplama
Adım 1. Isıtılan nesnenin kütlesini bulun
Ölçmek için bir terazi veya yaylı terazi kullanın. Cisim sıvı ise önce sıvının bulunduğu boş kabı ölçün ve kütlesini bulun. Sıvının kütlesini bulmak için kabın kütlesi artı sıvıdan çıkarmanız gerekir. Bu örnek için nesnenin 500 gram su olduğunu varsayalım.
Diğer birimleri değil gram kullanın, aksi takdirde sonuç joule olmaz
Adım 2. Cismin özgül ısısını bulun
Bu bilgi hem kitap formunda hem de çevrimiçi olarak kimya referanslarında bulunabilir. Su için, c'nin özgül ısısı, ısıtıldığı her santigrat derece için gram başına 4,19 jul veya tam değere ihtiyacınız varsa 4,1855'tir.
- Gerçek özgül ısı, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak biraz değişir. Farklı kuruluşlar ve ders kitapları farklı standart sıcaklıklar kullanır, bu nedenle suyun özgül ısısını 4.179 olarak görebilirsiniz.
- Sıcaklık farkı her iki ünite için de aynı olduğu için Celsius yerine Kelvin kullanabilirsiniz (bir şeyi 3ºC ısıtmak 3 Kelvin ısıtmaya eşittir). Fahrenheit kullanmayın, aksi takdirde sonuçlarınız joule cinsinden olmaz.
Adım 3. Cismin ilk sıcaklığını bulun
Nesne bir sıvı ise, bir cıva termometresi kullanabilirsiniz. Bazı öğeler için bir prob termometresine ihtiyacınız olabilir.
Adım 4. Nesneyi ısıtın ve sıcaklığı tekrar ölçün
Bu, ısıtma sırasında nesnenin ısı kazancını ölçecektir.
Isı olarak depolanan toplam enerji miktarını ölçmek istiyorsanız, ilk sıcaklığın mutlak sıfır olduğunu varsayabilirsiniz: 0 Kelvin veya -273.15ºC. Bu çok kullanışlı değil
Adım 5. Başlangıç sıcaklığını ısıtma sıcaklığından çıkarın
Bu azalma, nesnede bir derece sıcaklık değişimine neden olacaktır. Suyun daha önce 15 santigrat derece olduğunu ve 35 santigrat dereceye ısıtıldığını varsayarsak, sıcaklık 20 santigrat dereceye değişir.
Adım 6. Cismin kütlesini, özgül ısısı ve sıcaklıktaki değişimin büyüklüğü ile çarpın
Formül Q = mc T şeklinde yazılır, burada T sıcaklıktaki değişikliktir. Bu örnek için 500g x 4, 19 x 20 veya 41.900 jul olacaktır.
Isı daha çok kalori veya kilokalori metrik sisteminde yazılır. Kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece artırmak için gereken ısı miktarı olarak tanımlanırken, kilokalori, 1 kilogram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece artırmak için gereken ısı miktarı olarak tanımlanır. Yukarıdaki örnekte, 500 gram suyun sıcaklığını 20 santigrat derece yükseltmek, 10.000 kalori veya 10 kilokalori tüketecektir
Yöntem 5/5: Joule'u Elektrik Enerjisi Olarak Hesaplama
Adım 1. Bir elektrik devresindeki enerji akışını hesaplamak için aşağıdaki adımları kullanın
Aşağıdaki adımlar pratik örnekler olarak listelenmiştir, ancak yöntemi yazılı fizik problemlerini anlamak için de kullanabilirsiniz. İlk önce, P = I formülünü kullanarak P gücünü hesaplayacağız.2 x R, burada I amper cinsinden akım ve R ohm cinsinden dirençtir. Bu birimler watt cinsinden güç üretir, bu nedenle buradan, enerjiyi joule cinsinden hesaplamak için önceki adımdaki formülü kullanabiliriz.
Adım 2. Bir direnç seçin
Dirençler, doğrudan yazılan veya renkli çizgiler topluluğu ile temsil edilen boyutlarla ohm cinsinden ölçülür. Bir direnci bir ohmmetre veya multimetre ile bağlayarak direncini de test edebilirsiniz. Bu örnek için direncin 10 ohm olduğunu varsayıyoruz.
Adım 3. Direnci mevcut kaynağa bağlayın
Kabloları bir Fahnestock veya timsah klipsi ile dirence bağlayabilir veya direnci bir test panosuna takabilirsiniz.
Adım 4. Belirli bir zaman aralığı boyunca devreden akım akıtın
Bu örnek için 10 saniyelik bir aralık kullanacağız.
Adım 5. Mevcut gücü ölçün
Bunu bir ampermetre veya multimetre ile yapın. Çoğu ev akımı miliamper veya binlerce amper olarak ölçülür, bu nedenle akımın 100 miliamper veya 0,1 amper olduğunu varsayıyoruz.
Adım 6. P = I formülünü kullanın2 x R.
Gücü bulmak için akımın karesini dirençle çarpın. Bu, watt cinsinden güç çıkışı ile sonuçlanır. 0,1'in karesi 0,01 sonucunu verir, 10 ile çarpıldığında 0,1 watt veya 100 miliwatt güç çıkışı verir.
Adım 7. Gücü geçen süre ile çarpın
Bu çarpma, enerji çıkışını joule cinsinden verir. 0.1 watt x 10 saniye, 1 joule elektrik enerjisine eşittir.
