תוֹכֶן

• לדרוך
• שיטה 1 מתוך 4: חישוב עבודה בג'אול
• שיטה 2 מתוך 4: חישוב אנרגיה קינטית בג'אול
• שיטה 3 מתוך 4: חישוב הג'ול כאנרגיה חשמלית
• שיטה 4 מתוך 4: חישוב החום בג'אול
• טיפים
• אזהרות
• צרכים

הג'ול (J), על שמו של הפיזיקאי האנגלי ג'יימס אדוארד ג'ול, הוא אחת היחידות החשובות ביותר של מערכת המטרים הבינלאומית. הג'אול משמש כיחידת עבודה, אנרגיה וחום והוא נמצא בשימוש נרחב במדע. אם אתה רוצה שהתשובה שלך תהיה בג'אול, השתמש תמיד ביחידות המדעיות הסטנדרטיות.

לדרוך

שיטה 1 מתוך 4: חישוב עבודה בג'אול

1. הגדרת העבודה. עבודה מוגדרת ככוח קבוע המופעל על עצם בכדי להזיז אותו למרחק מסוים. אם לא מופעל יותר מכוח אחד, ניתן לחשב אותו כ- כּוֹחַ איקס מֶרְחָק, וניתן לכתוב אותו ביחידות של ג'אול (שווה ערך ל"מטר ניוטון "). בדוגמה הראשונה שלנו אנו לוקחים אדם שרוצה להוסיף משקל מהרצפה לגובה החזה, ואנחנו מחשבים כמה עבודה אותו אדם עשה.
   • יש להפעיל את הכוח לכיוון התנועה. כשאתה אוחז בחפץ והולך קדימה, לא נעשית שום עבודה על האובייקט מכיוון שאתה לא דוחף את האובייקט לכיוון תנועתו.
2. קבע את המסה של האובייקט שמועבר. יש צורך במסה של אובייקט כדי לחשב את הכוח הדרוש להזזתו. בדוגמה שלנו אנו קובעים כי למשקל יש מסה של 10 ק"ג.
   • אל תשתמש בקילו או ביחידות אחרות שאינן סטנדרטיות או שהתשובה הסופית לא תהיה בג'אול.
3. חשב את הכוח. כוח = תאוצה מסה x. בדוגמה שלנו, הרמת משקל ישר למעלה, התאוצה שאנחנו מנסים להתגבר עליה היא שווה לכוח המשיכה, 9.8 מ '/ ש' כלפי מטה. חשב את הכוח הדרוש להעלאת המשקל באמצעות (10 ק"ג) x (9.8 מ / ש) = 98 ק"ג מ / ש = 98 ניוטון (N).
   • אם האובייקט מועבר אופקית, הרי שכוח המשיכה אינו רלוונטי. במקום זאת, הבעיה עשויה להנחות אותך לחשב את הכוח הנדרש כדי להתגבר על התנגדות חיכוך. אם ניתן מהי התאוצה של האובייקט כאשר הוא נדחף, אז אתה יכול להכפיל את התאוצה הנתונה במסה.
4. מדוד את המרחק שהאובייקט מועבר. בדוגמה זו אנו מניחים שהמשקל מורם 1.5 מטר (מ '). יש למדוד את המרחק במטרים, אחרת לא ניתן לרשום את התשובה הסופית בג'ול.
5. הכפל את הכוח לפי המרחק. כדי להרים משקל של 98 ניוטון 1.5 מטר, תצטרך לבצע 98 x 1.5 = 147 ג'ול עבודה.
6. חישוב עבודה עבור עצמים הנעים בזווית. הדוגמה שלנו לעיל הייתה פשוטה: מישהו הפעיל כוח כלפי מעלה על האובייקט, והאובייקט עלה. לפעמים כיוון הכוח ותנועת האובייקט אינם לגמרי זהים מכיוון שכוחות מרובים פועלים על האובייקט. בדוגמה הבאה אנו חושבים כמה ג'ול צריך לגרור מזחלת 25 מטר דרך השלג על ידי משיכת חבל המחובר למזחלה בזווית של 30 מעלות לרוחב. הדברים הבאים: עבודה = כוח x cos (θ) x מרחק. ה"סמל "הוא האות היוונית" תטא ", ומייצג את הזווית בין כיוון הכוח לכיוון התנועה.
7. קבע את הכוח הכולל שהופעל. בבעיה זו אנו אומרים שמישהו מושך את החבל בכוח של 10 ניוטון.
   • אם כבר ניתן כוח "ימינה", "למעלה" או "לכיוון התנועה", "כוח x cos (") "מחושב, ותוכל להמשיך להכפיל את הערכים.
8. חשב את הכוח הרלוונטי. רק חלק מהכוח מושך את הכרכרה קדימה. מכיוון שהחבל למעלה בזווית, הכוח הנותר מנסה להרים את הכרכרה מעלה, ונגד הכבידה. חשב את הכוח לכיוון התנועה:
   • בדוגמה שלנו, הזווית θ בין הקרקע לחבל היא 30º.
   • חישוב cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = בערך 0.866. אתה יכול להשתמש במחשבון כדי למצוא ערך זה, אך וודא כי המחשבון שלך משתמש ביחידה הנכונה כזווית בה מוגדרת הזווית (מעלות או רדיאנים).
   • הכפל את הכוח הכולל x cos (θ). בדוגמה שלנו, 10N x 0.866 = 8.66 N בכיוון התנועה.
9. הכפל כוח x מרחק. עכשיו, כשאנחנו יודעים כמה כוח מופעל לכיוון התנועה, אנחנו יכולים לחשב את העבודה כרגיל. הבעיה שלנו אומרת לנו שהמרכבה נגררה 20 מטר קדימה, ולכן אנו מחשבים 8.66 N x 20 מ '= 173.2 ג'אול עבודה.

שיטה 2 מתוך 4: חישוב אנרגיה קינטית בג'אול

1. להבין קצת אנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית היא כמות האנרגיה בצורת תנועה. כמו בכל צורת אנרגיה, היא יכולה לבוא לידי ביטוי בג'אול.
   • אנרגיה קינטית שווה לכמות העבודה שנעשתה להאצת עצם נייח למהירות מסוימת. ברגע שהמהירות מושגת, האובייקט שומר על אותה כמות אנרגיה קינטית עד שהאנרגיה הזו מומרת לחום (על ידי חיכוך), אנרגיית כוח משיכה (על ידי מעבר נגד כוח המשיכה), או סוגים אחרים של אנרגיה.
2. קבע את מסת האובייקט. לדוגמא, אנו יכולים למדוד את האנרגיה הקינטית של אופניים ורוכב אופניים. נניח שלרוכב האופניים יש משקל של 50 ק"ג ולאופניים יש מסה של 20 ק"ג. זה מסתכם במסה כוללת M של 70 ק"ג. כעת אנו יכולים להתייחס אליהם כאל אובייקט אחד של 70 ק"ג, מכיוון שהם נעים יחד באותה מהירות.
3. חשב את המהירות. אם אתה כבר יודע מהירות רוכב האופניים או מהירות הווקטור, כתוב אותו והמשיך הלאה. אם אתה עדיין צריך לחשב זאת, השתמש באחת מהשיטות הבאות. זה נוגע למהירות, ולא למהירות הווקטורית (שהיא המהירות בכיוון מסוים), למרות שהאות לעתים קרובות v משמש למהירות. התעלם מכל סיבוב שרוכב האופניים עושה והעמיד פנים כי כל המרחק הוא בקו ישר.
   • אם רוכב האופניים נע במהירות קבועה (ללא תאוצה), מדוד את המרחק שעבר רוכב האופניים וחלק את מספר השניות שנדרש כדי לכסות את המרחק הזה. זה מחשב את המהירות הממוצעת, שבתרחיש זה זהה למהירות בכל רגע נתון.
   • אם רוכב האופניים נע בתאוצה קבועה ולא משנה כיוון, חישב את מהירותו באותה עת t עם מהירות הנוסחה (זמן t) = (תאוצה) (t) + מהירות התחלתית. הזמן הוא בשניות, מהירות במטרים / שנייה ותאוצה ב- m / s.
4. הזן את המספרים הבאים בנוסחה הבאה. אנרגיה קינטית = (1/2)M "v. לדוגמא, אם רוכב האופניים נע במהירות של 15 מ / ש, אז האנרגיה הקינטית שלו היא K = (1/2) (70 ק"ג) (15 m / s) = (1/2) (70 ק"ג) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 ק"ג / s = 7875 מטר ניוטון = 7875 ג'אול.
   • הנוסחה לאנרגיה הקינטית יכולה להיגזר מהגדרת העבודה, W = FΔs, והמשוואה v = v₀ + 2aΔs. Δs מתייחס ל"עקירה ", או גם למרחק שעבר.

שיטה 3 מתוך 4: חישוב הג'ול כאנרגיה חשמלית

1. חשב אנרגיה באמצעות כוח x זמן. כוח מוגדר כאנרגיה הנצרכת ליחידת זמן, כך שנוכל לחשב את האנרגיה הנצרכת לפי הכוח כפול יחידת הזמן. זה שימושי בעת מדידת הספק בוואט, כי 1 וואט = 1 ג'ול / שנייה. כדי לברר כמה אנרגיה נורת ליבון בשימוש של 60 וואט משתמשת ב- 120 שניות, הכפל את הדברים הבאים: (60 וואט) x (120 שניות) = 7200 ג'אול.
   • ניתן להשתמש בנוסחה זו לכל סוג של כוח, הנמדד בוואט, אך החשמל הוא הברור ביותר.
2. השתמש בשלבים הבאים כדי לחשב את זרימת האנרגיה במעגל חשמלי. השלבים שלהלן מתוארים כדוגמה מעשית, אך ניתן גם להשתמש בשיטה זו להבנת בעיות פיזיקה תיאורטיות. ראשית, אנו מחשבים את ההספק P בעזרת הנוסחה P = I x R, כאשר אני הוא הזרם באמפר ו- R הוא ההתנגדות באום. יחידות אלה נותנות לנו את הכוח בוואט, ולכן מנקודה זו ואילך נוכל ליישם את הנוסחה ששימשה בשלב הקודם לחישוב האנרגיה בג'אול.
3. בחר נגד. נגדים מסומנים באוהם, כאשר ערכם מצוין ישירות על הנגד, או מסומן על ידי סדרת טבעות צבעוניות. אתה יכול גם לבדוק התנגדות בעזרת אוהם-מד או מולטימטר. בדוגמה זו אנו מניחים כי ההתנגדות בה אנו משתמשים היא 10 אוהם.
4. חבר את הנגד למקור אנרגיה (סוללה). השתמש במלחציים לשם כך או הנח את הנגד במעגל בדיקה.
5. תנו לזרם לזרום דרכו למשך זמן מסוים. בדוגמה זו אנו לוקחים 10 שניות כיחידת הזמן.
6. מדוד את חוזק הזרם. אתה עושה זאת עם מד זרימה או מולטימטר. רוב הזרם הביתי הוא במיליאמפר, ולכן אנו מניחים שהזרם הוא 100 מיליאמפר, או 0.1 אמפר.
7. השתמש בנוסחה P = I x R. עכשיו כדי למצוא את הכוח, מכפילים את הכוח הריבועי של הזרם בהתנגדות. זה נותן לך את הכוח של המעגל הזה בוואט. הריבוע של 0.1 נותן 0.01. הכפל זאת ב -10 ותקבל הספק יציאה של 0.1 וואט, או 100 מילי-וואט.
8. הכפל את הכוח בזמן שחלף. זה מספק את האנרגיה בג'אול. 0.1 וואט x 10 שניות שווה 1 ג'אול של אנרגיה חשמלית.
   • מכיוון שהג'ול הוא יחידה קטנה ומכיוון שצריכת האנרגיה של מכשירי חשמל מסומנת בדרך כלל בוואט, מילי-וואט וקילו-וואט, לעתים קרובות יותר נוח לחשב את מספר הקוט"ש (קילוואט שעות) הנצרך על ידי מכשיר. וואט אחד שווה 1 ג'ול לשנייה, או 1 ג'אול שווה לוואט שנייה; קילוואט אחד שווה לקילו-וואט לשנייה וקילו-וואט אחד שווה לקילוואט שנייה. יש 3,600 שניות בשעה, כך שקילוואט-שעה אחד שווה ל -3,600 קילוואט-שניות, 3,600 קילו-ג'ול, או 3,600,000 ג'ול.

שיטה 4 מתוך 4: חישוב החום בג'אול

1. קבע את המסה של האובייקט שאליו מוסיף חום. השתמש לשם כך באיזון או מאזניים. אם האובייקט הוא נוזל, שקול תחילה את המכל הריק אליו יכנס הנוזל. יהיה עליכם לחסר זאת ממסת המיכל והנוזל יחד כדי למצוא את מסת הנוזל. בדוגמה זו אנו מניחים שהאובייקט הוא 500 גרם מים.
   • השתמש בגרמים, לא ביחידה אחרת, אחרת התוצאה לא תינתן בג'ול.
2. קבע את החום הספציפי של האובייקט. מידע זה נמצא בספרי עיון בכימיה של בינאס, אך ניתן למצוא אותו גם ברשת. זהו החום הספציפי למים ג שווה 4.19 ג'אול לגרם לכל מעלה צלזיוס - או 4.1855, אם אתה רוצה להיות מדויק מאוד.
   • חום ספציפי משתנה מעט בהתאם לטמפרטורה ולחץ. ארגונים וספרי לימוד שונים משתמשים ב"טמפרטורות סטנדרטיות "שונות, כך שתוכלו למצוא עד 4,179 עבור חום המים הספציפי.
   • אתה יכול גם להשתמש בקלווין במקום צלזיוס, מכיוון שמעלה אחת זהה לשתי הכלים (חימום עם 3 מעלות צלזיוס זהה לזה עם 3 קלווין). אל תשתמש בפרנהייט או שהתוצאה לא תינתן בג'ול.
3. קבע את הטמפרטורה הנוכחית של האובייקט. אם האובייקט נוזלי, אתה יכול להשתמש במד חום רגיל (כספית). עבור חפצים אחרים ייתכן שתזדקק למדחום עם חללית.
4. מחממים את האובייקט ומודדים את הטמפרטורה שוב. זה מאפשר למדוד את כמות החום שנוספה לאובייקט במהלך החימום.
   • אם אתה רוצה לדעת את כמות האנרגיה הכוללת המאוחסנת בצורת חום, אתה יכול להעמיד פנים שהטמפרטורה ההתחלתית הייתה אפס מוחלט: 0 קלווין או -273.15 C.
5. הפחת את הטמפרטורה המקורית מהטמפרטורה לאחר החימום. זה נותן לתוצאה את השינוי בטמפרטורה של האובייקט. בהנחה שהמים היו בתחילה 15 מעלות צלזיוס ואחרי החימום הם היו 35 מעלות צלזיוס, שינוי הטמפרטורה הוא אם כן 20 מעלות צלזיוס.
6. הכפל את מסת האובייקט בחום הספציפי ובשינוי הטמפרטורה. אתה כותב נוסחה זו כ- H =מקΔט., כאשר ΔT מייצג את "שינוי הטמפרטורה". בדוגמה זו זה הופך ל 500 גרם x 4.19 x 20 = 41,900 ג'אול.
   • חום מתבטא בדרך כלל בקלוריות או בקילוקוריות. קלוריה מוגדרת ככמות החום הנדרשת בכדי לגרום לעלייה של 1 גרם מים בטמפרטורה ב -1 מעלות צלזיוס, ואילו קילוקלוריה (או קלוריה) היא כמות החום הנדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 ק"ג מים ב -1 מעלות צלזיוס ... בדוגמה שלמעלה, העלאת הטמפרטורה של 500 גרם מים ב -20 מעלות צלזיוס דורשת 10,000 קלוריות או 10 קילוריות.

טיפים

• קשורה לג'ולה ישנה יחידה אחרת של עבודה ואנרגיה הנקראת ארג; 1 ארג שווה לכוח dyne כפול למרחק של 1 ס"מ. ג'אול אחד שווה ל 10,000,000 ארג.

אזהרות

• אף על פי שהמונחים "ג'אול" ו"מטר ניוטון "מתייחסים לאותה יחידה, בפועל משתמשים ב"ג'אול" כדי לציין כל צורה של אנרגיה ולעבודה המתבצעת בקו ישר, כמו בדוגמה של עליית מדרגות למעלה. כאשר אנו משתמשים לחישוב מומנט (כוח על עצם מסתובב), אנו מעדיפים את המונח "מטר ניוטון".

צרכים

חישוב עבודה או אנרגיה קינטית:

• שעון עצר או טיימר
• מאזניים או איזון
• מחשבון עם פונקציית קוסינוס (רק לעבודה, לא תמיד הכרחי)

חישוב אנרגיה חשמלית:

• הִתנַגְדוּת
• חוטים או לוח בדיקה
• מודד (או מד אוהם ומד זרם)
• קליפים של פאהנסטוק או תנינים

חוֹם:

• חפץ לחימום
• מקור חום (כגון מבער בונסן)
• מדחום (מדחום נוזלי או מדחום עם חלון)
• כימיה / כימיה הפניה (למציאת החום הספציפי של האובייקט שמחומם)