Hoe joules te berekenen

Genoemd dus namens de Engelse fysicus James Edward Joule, is de joule (J) een van de hoekeenheden van het internationale metrieke stelsel. Joule wordt gebruikt als een eenheid van werk, energie en warmte, en wordt veel gebruikt in wetenschappelijke toepassingen. Als u een antwoord wilt geven in joules, moet u altijd de standaard wetenschappelijke eenheden gebruiken. De "foot-pond" of de "Britse thermische eenheid" wordt nog steeds gebruikt in sommige velden, maar het heeft geen plaats in uw fysieke taak.

Inhoud

Stappen

Methode 1bereken werk in joules
Methode 2bereken de joules van watts
Methode 3bereken de kinetische energie in joules
Methode 4bereken de warmte in joules
Methode 5bereken joules als elektriciteit

Tips
Waarschuwingen
Dingen die je nodig hebt

stappen

Methode 1
Bereken werk in joules

Titel afbeelding Calculate Joules Step 1

Begrijpt de definitie van werk in de natuurkunde. Als je een vak voor een kamer pusht, heb je veel werk verzet. Als je haar ophaalt, heb je veel werk verzet. Er zijn twee belangrijke eigenschappen die moeten bestaan om het `werk` te laten plaatsvinden.

Je oefent een constante kracht uit.
De kracht zorgt ervoor dat het object in de richting ervan beweegt.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 2

Definieer het werk Het is eenvoudig om het werk te berekenen. Simpelweg de hoeveelheid gebruikte kracht vermenigvuldigen met de hoeveelheid afgelegde afstand. Over het algemeen meten wetenschappers kracht in newton en afstand in meters. Als u deze eenheden gebruikt, krijgt u de taak in joules.

Telkens als u een probleem met betrekking tot werk leest, bedenk dan waar de kracht wordt toegepast. Als je een doos optilt, betekent dit dat je naar boven duwt, waardoor dit object gaat rijzen (daarom is de afstand de hoogte waarop de doos omhoog komt). Als u echter naar voren loopt terwijl u de doos vasthoudt, wordt er geen werk geproduceerd. Als je de doos blijft opduwen om te voorkomen dat hij valt, krijgt hij geen verhoging.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 3

Zoek de massa van het object dat beweegt. Het is noodzakelijk om de massa van een voorwerp te berekenen om de kracht te berekenen die nodig is om het te verplaatsen. In ons voorbeeld gebruiken we een persoon die een gewicht van de vloer naar zijn borst tilt en we berekenen de hoeveelheid werk die hij in dat gewicht doet. Stel dat het gewicht een massa van 10 kilogram (kg) heeft.

Vermijd het gebruik van ponden of andere niet-standaard eenheden, anders zal uw uiteindelijke antwoord niet in termen van joules zijn.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 4

Bereken de kracht. Kracht = massa x versnelling. In ons voorbeeld, wanneer een gewicht direct omhoog wordt getild, is de versnelling waarmee we worden geconfronteerd, het gevolg van de zwaartekracht, wat overeenkomt met 9,8 meter per seconde. Bereken de kracht die nodig is om het gewicht naar boven te verplaatsen door te vermenigvuldigen met (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 newton (N).

Als het object horizontaal beweegt, is zwaartekracht niet relevant. Het probleem kan u vragen om de kracht te berekenen die nodig is om de wrijving te overwinnen. Als het probleem u vertelt hoe snel het object versnelt bij het indrukken, kunt u de versnelling die wordt gegeven met de massa, vermenigvuldigen.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 5

Meet de afgelegde afstand. Stel voor dit voorbeeld dat het gewicht 1,5 meter (m) stijgt. De afstand moet in meters worden gemeten of je uiteindelijke antwoord wordt niet in joules geschreven.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 6

Vermenigvuldig de kracht met de afstand. Om een gewicht van 98 Newton van 1,5 meter omhoog te heffen, moet u 98 x 1,5 = 147 joule werk uitoefenen.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 7

Bereken het werk voor objecten die schuin bewegen. Ons vorige voorbeeld was eenvoudig: iemand oefende een opwaartse kracht uit op het voorwerp en het bewoog zich in die richting. Soms zijn de richting van de kracht en de beweging van het object niet exact hetzelfde, vanwege meerdere krachten die op het object inwerken. In het volgende voorbeeld berekenen we het aantal joules dat een kind nodig heeft om een slee van 25 meter door de sneeuw te slepen door het van een touw te trekken, georiënteerd in een hoek van 30º. Voor dit scenario werkt werken = x cosinus (θ) x afstand afdwingen. Het symbool θ is de Griekse letter "theta" en beschrijft de hoek tussen de richting van de kracht en die van de beweging.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 8

Zoek de totale toegepaste kracht. Stel voor dit probleem dat het kind aan het touw trekt door een kracht van 10 newton uit te oefenen.

Als het probleem "kracht naar rechts", "kracht omhoog" of "kracht in de richting van beweging" oplevert, is het deel van het probleem "force x cos (θ)" al berekend en kunt u de waarden.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 9

Bereken de relevante kracht. Slechts een deel van de kracht trekt de slee naar voren. Omdat het touw in een opwaartse hoek staat, probeert de rest van de kracht de slede omhoog te trekken en nutteloos tegen de zwaartekracht in te trekken. Bereken de kracht uitgeoefend in de rijrichting:

In ons voorbeeld is de hoek θ tussen de sneeuw en het touw 30 °.

Bereken de cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = rond 0,866. U kunt een rekenmachine gebruiken om deze waarde te vinden, maar zorg ervoor dat uw rekenmachine op dezelfde eenheid is ingesteld als de hoekmeting (graden of radialen).

Vermenigvuldig de totale kracht x cos (θ). In ons voorbeeld is 10N x 0,866 = 8,66 N kracht in de richting van beweging.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 10

Vermenigvuldig kracht x afstand. Nu we weten hoeveel kracht de richting van de beweging ingaat, kunnen we het werk zoals gewoonlijk berekenen. Ons probleem vertelt ons dat de slee 20 meter naar voren bewoog, dus berekenden we 8,66 N x 20 m = 173,2 joule werk.

Methode 2
Bereken de joules van watts

Titel afbeelding Calculate Joules Step 11

Ontdek meer over kracht en energie. Watt is een maat voor vermogen of hoe snel energie wordt gebruikt (energie in de tijd). De joule is een maat voor energie. Als u van Watt naar joules wilt converteren, moet u een time-lapse opgeven. Hoe groter de stroom van een stroom, hoe meer energie zal worden gebruikt.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 12

Vermenigvuldig watt per seconde om joules te vinden. Een apparaat van 1 watt verbruikt één joule energie per seconde. Als je het aantal watt vermenigvuldigt met het aantal seconden, krijg je joules. Om te bepalen hoeveel energie een 60-watt lamp in 120 seconden verbruikt, vermenigvuldigt u eenvoudig (60 watt) x (120 seconden) = 7200 joules.

Deze formule werkt voor elk soort vermogen gemeten in watt, maar elektriciteit is de meest voorkomende toepassing.

Methode 3
Bereken de kinetische energie in joules

Titel afbeelding Calculate Joules Step 13

Begrijp de kinetische kracht. Kinetische energie is de hoeveelheid energie in de vorm van beweging. Zoals met elke eenheid energie, kan het worden uitgedrukt in joules.

De kinetische energie is gelijk aan de hoeveelheid werk die wordt gedaan om een statisch object met een bepaalde snelheid te versnellen. Zodra je die snelheid hebt bereikt, zal het object die hoeveelheid kinetische energie behouden totdat die energie wordt omgezet in warmte (als gevolg van wrijving), zwaartekracht potentiële energie (als gevolg van beweging tegen de zwaartekracht) of andere soorten energie.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 14

Zoek de massa van het object. We kunnen bijvoorbeeld de kinetische energie van een fiets en een fietser meten. Stel dat de fietser een massa van 50 kg heeft en de fiets één van 20 kg om een totale massa te verkrijgen m van 70 kg. Nu kunnen we ze behandelen als een enkel object van 70 kg, omdat ze samen op dezelfde snelheid bewegen.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 15

Bereken de snelheid. Als je de snelheid van de fietser al kent, noteer hem dan gewoon en ga verder. Als u het alleen moet berekenen, gebruikt u een van de onderstaande methoden. Houd er rekening mee dat we ons richten op snelheid, niet op snelheid (wat snelheid in een bepaalde richting is), hoewel de afkorting vaak wordt gebruikt v. Negeer de bochten die de fietser doet en beweer dat alle afgelegde afstand een rechte lijn is.

Als de fietser met een constante snelheid beweegt (zonder te accelereren), meet dan de afstand die de fietser in meters aflegde en deel deze door het aantal seconden dat nodig was om die afstand te overbruggen. Dit geeft je de gemiddelde snelheid, die in dit scenario op hetzelfde moment hetzelfde is als de snelheid.

Als de fietser gestaag accelereert en niet van richting verandert, berekent het zijn snelheid in de tijd t met de formule "snelheid in tijd" t = (versnelling) (t) + beginsnelheid. Gebruik seconden om de tijd te meten, meter / seconde om de snelheid te meten en m / s om de versnelling te meten.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 16

Voer deze cijfers in de volgende formule in. Kinetische energie = (1/2)m `v. Als de fietser bijvoorbeeld reist met 15 m / s, is zijn kinetische energie K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) ( 15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newtonmeter = 7875 joules.

De kinetische energieformule kan worden afgeleid van de werkdefinitie, W = FΔs en de kinetische vergelijking v = v₀ + 2aΔs. Δs verwijst naar de "verandering in positie" of de hoeveelheid afgelegde afstand.

Methode 4
Bereken de warmte in joules

Titel afbeelding Calculate Joules Step 17

Zoek de massa van het object dat je gaat verwarmen. Gebruik hiervoor een balans of veerschaal. Als het object een vloeistof is, weegt u eerst de lege container waarin u de vloeistof plaatst en vindt u de massa. Je moet het aftrekken van de massa van de container en de vloeistof om de massa van de laatste te vinden. Voor dit voorbeeld nemen we aan dat het object 500 gram water voorstelt.

Gebruik de grammen, geen andere eenheid, anders zal het resultaat niet in joules zijn.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 18

Zoek de specifieke warmtecapaciteit voor dit object. U kunt deze informatie vinden in een chemische referentie, hetzij in boeken of op internet. Voor water, de capaciteit en specifieke warmte c is 4.19 joules per gram voor elke graad van warmte Celsius of 4.1855, als je heel precies wilt zijn.

De specifieke warmtecapaciteit varieert enigszins op basis van temperatuur en druk. Verschillende organisaties en schoolboeken gebruiken verschillende "standaardtemperaturen", zodat u de specifieke warmtecapaciteit van het weergegeven water als 4.179 kunt zien.

U kunt Kelvin in plaats van C, aangezien een temperatuurverschil in beide eenheden (warmte iets 3 ° C is hetzelfde als warmte in 3 graden Kelvin). Gebruik GEEN Fahrenheit-graden of het resultaat is niet in joules.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 19

Zoek de huidige temperatuur van het object. Als het object een vloeistof is, kunt u een bulb-thermometer gebruiken. Voor sommige objecten hebt u mogelijk een thermometer met sonde nodig.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 20

Verwarm het voorwerp en meet de temperatuur opnieuw. Hiermee kunt u de hoeveelheid warmte meten die u tijdens het verwarmen aan het object toevoegt.

Als u de totale hoeveelheid opgeslagen energie als warmte wilt meten, kunt u simuleren dat de begintemperatuur een absolute nul was: 0 graden Kelvin of -273,15 ° C. Meestal is dit niet handig.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 21

Trek de oorspronkelijke temperatuur van de verwarmde temperatuur af. Dit zal de verandering van temperatuurgraden in het object veroorzaken. Ervan uitgaande dat het water in het algemeen ongeveer 15 graden Celsius was en verwarmd tot ongeveer 35 ° C, zou de temperatuurverandering 20 ° C zijn.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 22

Vermenigvuldig de massa van het object met zijn specifieke warmtecapaciteit en met de hoeveelheid temperatuurverandering. Deze formule is geschreven als H = mcΔT, waarbij ΔT "verandering in temperatuur" betekent. Voor dit voorbeeld zou dit 500 g x 4,19 x 20 of 41 900 joules zijn.

In het metrische systeem wordt warmte vaker uitgedrukt in calorieën of kilocalorieën. Een calorie wordt gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram water te verhogen met 1 ° C, terwijl een kilocalorie (of cal) is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 kg water verhogen met 1 ° C. In het vorige voorbeeld zou het verhogen van 500 g water bij 20 ° C 10.000 calorieën of 10 kilocalorieën verspillen.

Methode 5
Bereken joules als elektriciteit

Titel afbeelding Calculate Joules Step 23

Gebruik de onderstaande stappen om de stroom van energie in een elektrisch circuit te berekenen. De onderstaande stappen zijn geschreven als een praktisch voorbeeld, maar je kunt de methode ook gebruiken om schriftelijke natuurkundige problemen te begrijpen. Eerst zullen we het vermogen P berekenen met de formule P = I x R, waarbij ik de stroom in ampère is en R de weerstand in ohm. Deze eenheden geven ons het vermogen in watt, dus van daaruit kunnen we de formule in de vorige stap gebruiken om de energie in joules te berekenen.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 24

Kies een weerstand. De weerstanden zijn geclassificeerd in ohm, met de classificatie direct gelabeld of aangegeven met een reeks gekleurde banden. Je kunt ook de weerstand van de weerstand testen door deze aan te sluiten op een ohmmeter of multimeter. Voor dit voorbeeld nemen we aan dat de weerstand een vermogen van 10 ohm heeft.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 25

Verbind de weerstand met de stroombron. Verbind de draden met de weerstand met Fahn-metaalklemmen of krokodilklemmen of sluit de weerstand aan op een testplaat.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 26

De stroom loopt gedurende een bepaalde tijd door het circuit. Voor dit voorbeeld doen we het gedurende een periode van 10 seconden.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 27

Meet de sterkte van de stroom. Doe het met een ampèremeter of een multimeter. Een groot deel van het huis stroom in mA of duizendste van een ampère, zodat aannemen dat de stroom 100 mA of 0,1 ampère.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 28

Gebruik de formule P = I x R. Om het vermogen te vinden, vermenigvuldigt u het kwadraat van de stroom met de weerstand. Dit genereert het vermogen in Watt. Het verhogen van 0,1 in het kwadraat geeft 0,01 en vermenigvuldigd met 10 geeft een energieverbruik van 0,1 watt of 100 milliwatt.

Titel afbeelding Calculate Joules Step 29

Vermenigvuldig het vermogen met de hoeveelheid tijd die is verstreken. Dit resulteert in het energieverbruik in joules. 0,1 watt x 10 seconden is gelijk aan 1 joule elektrisch vermogen.

Zoals joules zijn kleine eenheden en omdat de apparaten kenmerkend gebruik van watt, en kilowatt milliwatt aan de hoeveelheid stroom die aangeven dat ze gebruiken, bedrijven die normaal energieverbruik in kilowatt-uur te meten. Een watt is gelijk aan 1 joule per seconde of 1 joule is gelijk aan 1 watt-seconde. Een kilowatt is gelijk aan 1 kilojoule per seconde en 1 kilojoule is gelijk aan 1 kilowatt-seconde. Aangezien er 3600 seconden in een uur, een kilowatt-uur is gelijk aan 3,600 kWh seconden, 3600 kilojoule of 3.600.000 joules.

tips

Met betrekking tot joule is het ergium een andere eenheid van het metrische systeem die werk en energie aangeeft. 1 erg is gelijk aan 1 kracht dina voor een afstand van 1 cm. 1 joule is gelijk aan 10 000 000 ergs.

waarschuwingen

Terwijl de termen "joule" en "Newtonmeter" dezelfde eenheid, beschrijven praktijk, "het joule" wordt gebruikt wanneer vertegenwoordigt elke vorm van energie en werk ontwikkeld in een rechte lijn, zoals in het vorige voorbeeld waarin hij rent een trap op. Wanneer het wordt gebruikt om een koppel te meten, het uitoefenen van kracht in de rotatie van een voorwerp, verdient het de voorkeur de term "Newtonmeter" te gebruiken.

Dingen die je nodig hebt

Werk of kinetische energie:

stopwatch of timer
schaal of schaal
rekenmachine met de cosinusfunctie (alleen om het werk te berekenen, hoewel het niet altijd nodig is)

Bereken elektrische energie:

weerstand
kabels of testplaat
multimeter (of een afzonderlijke ohmmeter en ampèremeter)
Fahnmessen of krokodillenklemmen

hitte:

een voorwerp om te verwarmen
een bron van warmte (zoals een bunsenbrander)
thermometer (een lamp of een sonde)
naslagwerk in de chemie (om de specifieke warmtecapaciteit van het te verwarmen object te vinden)

Delen op sociale netwerken:

Verwant