Nazvan po britanskom fizičaru Jamesu Edwardu Jouleu, džul (J) je jedna od osnovnih jedinica međunarodnog metričkog sustava. Džul se koristi kao jedinica rada, energije i topline, a naširoko se koristi u znanstvenim primjenama. Ako želite svoj odgovor u džulima, uvijek koristite standardne znanstvene jedinice. Britanska jedinica topline (BTU) se može koristiti u nekim područjima, ali ne i u domaćim zadaćama iz fizike.
Korak
Metoda 1 od 5: Izračunavanje rada u džulima
Korak 1. Shvatite rad u fizici
Ako gurnete kutiju kroz sobu, potrudili ste se. Ako podignete kutiju, također ste se potrudili. Postoje dva važna kriterija koja moraju postojati u "poslu":
- Pružate stalan stil.
- Ta sila tjera objekte da se kreću u istom smjeru kao i sila.
Korak 2. Shvatite definiciju poslovanja
Napor je lako izračunati. Samo pomnožite količinu sile i ukupnu udaljenost koju je objekt prešao. Obično znanstvenici izražavaju silu u Newtonima, a udaljenost u metrima. Ako koristite obje ove jedinice, dobivena jedinica rada je Joules.
Kad god pročitate pitanje o poslu, zastanite i razmislite gdje je stil. Ako podignete kutiju, gurnete je prema gore tako da se kutija pomiče prema gore. Dakle, udaljenost koju kutija pređe je koliko se visoko pomaknula prema gore. Međutim, sljedeći put kad s kutijom krenete naprijed, u tom se procesu ne ulaže nikakav napor. Čak i ako i dalje gurate kutiju prema gore kako ne bi pala, više se ne pomiče prema gore
Korak 3. Pronađite masu predmeta koji se pomiče
Masa objekta potrebna je za izračunavanje sile potrebne za njegovo pomicanje. U našem primjeru, pretpostavimo da teret ima masu od 10 kilograma (kg).
Izbjegavajte korištenje funti ili drugih nestandardnih jedinica ili vaš konačni odgovor neće biti u džulima
Korak 4. Izračunajte stil
Sila = masa x ubrzanje. U našem primjeru, podizanjem utega ravno prema gore, ubrzanje koje vršimo posljedica je gravitacije, koja u normalnim okolnostima ubrzava objekt prema dolje pri 9,8 metara/sek.2. Izračunajte silu potrebnu za pomicanje našeg tereta prema gore množenjem (10 kg) x (9,8 m/s)2) = 98 kg m/s2 = 98 newtona (N).
Ako se objekt pomiče vodoravno, gravitacija nema učinka. Problem može od vas tražiti da izračunate silu potrebnu da se odupre trenju. Ako vam problem govori o ubrzanju objekta dok se gura, poznato množenje možete pomnožiti s njegovom masom
Korak 5. Izmjerite prijeđeni pomak
U ovom primjeru, pretpostavimo da se teret podiže na visinu od 1,5 metara (m). Pomak se mora mjeriti u metrima ili vaš konačni odgovor neće biti u džulima.
Korak 6. Pomnožite silu s pomakom
Da biste podigli težinu od 98 newtona visine 1,5 metra, morate obaviti posao 98 x 1,5 = 147 džula.
Korak 7. Izračunajte obavljeni rad na pomicanju objekta pod određenim kutom
Naš gornji primjer je jednostavan: netko primjenjuje silu prema naprijed na objekt, a objekt se pomiče naprijed. Ponekad smjer sile i kretanje objekta nisu isti, jer na objekt djeluje nekoliko sila. U sljedećem primjeru izračunat ćemo broj džula potrebnih da dijete vuče saonice 25 metara kroz ravan snijeg povlačenjem užeta pod kutom od 30º. Za ovaj problem rad = sila x kosinus (θ) x pomak. Simbol je grčko slovo theta i opisuje kut između smjera sile i smjera kretanja.
Korak 8. Pronađite ukupnu primijenjenu silu
Za ovaj problem, pretpostavimo da dijete poteže uzicu sa silom od 10 newtona.
Ako problem pritišće silu udesno, silu prema gore ili silu u smjeru kretanja, tada te sile već predstavljaju dio x kosinusa (θ) sile, pa možete preskočiti naprijed i nastaviti množiti vrijednosti
Korak 9. Izračunajte odgovarajuću silu
Samo nekoliko stilova vuče saonice naprijed. Dok žica pokazuje prema gore, druga sila pokušava je povući prema gore, vukući je protiv gravitacije. Izračunajte silu u smjeru kretanja:
- U našem primjeru kut između ravnog snijega i užeta je 30º.
- Izračunaj cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = približno 0,866. Možete pronaći kalkulator da pronađete ovu vrijednost, ali pazite da vaš kalkulator koristi iste jedinice kao i vaše mjerenje kuta (stupnjevi ili radijani).
- Pomnožite ukupnu silu x cos (θ). U našem primjeru 10 N x 0,866 = 8,66 sila u smjeru kretanja.
Korak 10. Pomnožite silu x pomak
Sada kada znamo silu koja napreduje u smjeru kretanja, možemo izračunati rad kao i obično. Naš problem nam govori da se saonice pomiču 20 metara naprijed, pa izračunajte 8,66 N x 20 m = 173,2 džula rada.
Metoda 2 od 5: Izračun džula iz Wattsa
Korak 1. Shvatite snagu i energiju
Watt je jedinica snage ili stopa potrošnje energije (energija podijeljena s vremenom). Dok je Joule jedinica energije. Za pretvaranje Watta u Joule morate odrediti vrijeme. Što električna struja dulje teče, veća je potrošnja energije.
Korak 2. Pomnožite Watte sa sekundama da dobijete Joules
Uređaj od 1 W potrošit će 1 Joule energije svake 1 sekunde. Pomnožite li broj vata sa sekundama, dobit ćete Joules. Da biste saznali koliko energije lampa od 60W potroši u 120 sekundi, samo trebate pomnožiti 60 vata x 120 sekundi = 7.200 džula.
Ova se formula može koristiti za bilo koju snagu izraženu u vatima, ali općenito za električnu energiju
Metoda 3 od 5: Izračunavanje kinetičke energije u džulima
Korak 1. Shvatite kinetičku energiju
Kinetička energija je količina energije u obliku gibanja. Kao i ostale energetske jedinice, kinetička energija može se zapisati u džulima.
Kinetička energija jednaka je količini posla obavljenog na ubrzanju statičkog objekta do određene brzine. Nakon što objekt postigne tu brzinu, objekt će održavati određenu količinu kinetičke energije sve dok se energija ne pretvori u toplinu (od trenja), gravitacijsku potencijalnu energiju (od kretanja protiv gravitacije) ili druge vrste energije
Korak 2. Pronađite masu predmeta
Na primjer, mjerimo kinetičku energiju bicikla i biciklista. Na primjer, jahač ima masu od 50 kg, a njegov bicikl ima masu od 20 kg, za ukupnu masu m od 70 kg. Sada ovo dvoje smatramo jednim objektom mase 70 kg jer će se obojica kretati istom brzinom.
Korak 3. Izračunajte brzinu
Ako već znate brzinu ili brzinu biciklista, samo je zapišite i krenite dalje. Ako trebate izračunati brzinu, upotrijebite jednu od dolje navedenih metoda. Imajte na umu da tražimo brzinu, a ne brzinu (što je brzina u određenom smjeru), iako se često koristi kratica v. Zanemarite sve zavoje koje biciklist napravi i pretpostavite da je cijela udaljenost pređena ravnom crtom.
- Ako se biciklist kreće konstantnom brzinom (ne ubrzavajući), izmjerite udaljenost koju biciklist pređe u metrima i podijelite s brojem sekundi koje će trebati da prevali tu udaljenost. Ovaj izračun će dati prosječnu brzinu, koja je u ovom slučaju jednaka trenutnoj brzini.
- Ako biciklist doživi konstantno ubrzanje i ne promijeni smjer, izračunajte njegovu brzinu u trenutku t koristeći formulu za brzinu u trenutku t = (ubrzanje) (t) + početna brzina. Koristite sekundu za mjerenje vremena, metar/sekundu za mjerenje brzine i m/s2 za mjerenje ubrzanja.
Korak 4. Uključite ove brojeve u sljedeću formulu
Kinetička energija = (1/2) m v 2. Na primjer, ako se biciklist kreće brzinom od 15 m/s, njegova kinetička energija EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 njutn metara = 7875 džula.
Formula za kinetičku energiju može se izvesti iz definicije rada, W = FΔs i kinematičke jednadžbe v2 = v02 + 2aΔs. s predstavlja promjenu položaja ili prijeđene udaljenosti.
Metoda 4 od 5: Izračun topline u džulima
Korak 1. Pronađite masu predmeta koji se zagrijava
Za mjerenje upotrijebite vagu ili opružnu vagu. Ako je predmet tekućina, najprije izmjerite praznu posudu u kojoj se nalazi tekućina i pronađite njezinu masu. Morate je oduzeti od mase spremnika plus tekućine da biste pronašli masu tekućine. Za ovaj primjer, recimo da je objekt 500 grama vode.
Koristite grame, a ne druge jedinice ili rezultat neće biti džul
Korak 2. Pronađite specifičnu toplinu objekta
Ti se podaci mogu pronaći u referencama o kemiji, u obliku knjiga i na internetu. Za vodu, specifična toplina c iznosi 4,19 joula po gramu za svaki zagrijani stupanj Celzijusa - ili 4,1855, ako vam je potrebna točna vrijednost.
- Stvarna specifična toplina neznatno varira ovisno o temperaturi i tlaku. Različite organizacije i udžbenici koriste različite standardne temperature, pa možete vidjeti da je specifična toplina vode navedena kao 4.179.
- Možete koristiti Kelvin umjesto Celzija jer je temperaturna razlika jednaka za obje jedinice (zagrijavanje nečega za 3ºC jednako je zagrijavanju za 3 Kelvina). Nemojte koristiti Fahrenheit ili vaši rezultati neće biti u džulima.
Korak 3. Pronađite početnu temperaturu objekta
Ako je predmet tekućina, možete upotrijebiti živin termometar. Za neke stavke možda će vam trebati sondni termometar.
Korak 4. Zagrijte predmet i ponovno izmjerite temperaturu
To će mjeriti toplinsku dobit objekta tijekom zagrijavanja.
Ako želite mjeriti ukupnu količinu energije pohranjenu kao toplina, možete pretpostaviti da je početna temperatura apsolutna nula: 0 Kelvina ili -273,15ºC. Ovo nije jako korisno
Korak 5. Od temperature zagrijavanja oduzmite početnu temperaturu
Ovo smanjenje će rezultirati stupnjem promjene temperature u objektu. Pod pretpostavkom da je voda prethodno bila 15 stupnjeva Celzijusa i zagrijana na 35 stupnjeva Celzijusa, temperatura se mijenja na 20 stupnjeva Celzijusa.
Korak 6. Pomnožite masu predmeta s njegovom specifičnom toplinom i veličinom promjene temperature
Formula je zapisana Q = mc T, gdje je T promjena temperature. U ovom primjeru to bi bilo 500 g x 4, 19 x 20 ili 41 900 džula.
Toplina se češće zapisuje u kalorijskom ili kilokalorijskom metričkom sustavu. Kalorija se definira kao količina topline potrebne za podizanje temperature 1 grama vode za 1 stupanj Celzijusa, dok je kilokalorija količina topline potrebna za podizanje temperature 1 kilograma vode za 1 stupanj Celzijusa. U gornjem primjeru, povećanje temperature 500 grama vode za 20 stupnjeva Celzijusa potrošit će 10.000 kalorija ili 10 kilokalorija
Metoda 5 od 5: Izračun džula kao električne energije
Korak 1. Pomoću donjih koraka izračunajte protok energije u električnom krugu
Koraci u nastavku navedeni su kao praktični primjeri, ali metodu možete koristiti i za razumijevanje pisanih problema fizike. Prvo ćemo izračunati snagu P koristeći formulu P = I2 x R, gdje je I struja u amperima, a R otpor u ohmima. Ove jedinice proizvode snagu u vatima, pa odavde možemo koristiti formulu u prethodnom koraku za izračun energije u džulima.
Korak 2. Odaberite otpornik
Otpornici se mjere u ohmima, pri čemu su veličine napisane izravno ili predstavljene zbirkom obojenih linija. Otpor otpornika možete provjeriti i povezivanjem s ohmmetrom ili multimetrom. U ovom primjeru pretpostavljamo da je otpornik 10 ohma.
Korak 3. Spojite otpornik na izvor struje
Žice možete spojiti na otpornik pomoću Fahnestockove ili aligatorske kopče ili možete priključiti otpornik na ispitnu ploču.
Korak 4. Protok struje kroz krug u određenom vremenskom intervalu
U ovom primjeru koristit ćemo interval od 10 sekundi.
Korak 5. Izmjerite trenutnu jakost
Učinite to ampermetrom ili multimetrom. Većina struja u kućanstvu mjeri se u miliamperima ili tisućama ampera, pa pretpostavljamo da je struja 100 miliampera ili 0,1 ampera.
Korak 6. Upotrijebite formulu P = I2 x R.
Da biste pronašli snagu, kvadrat struje pomnožite s otporom. To rezultira izlaznom snagom u vatima. Kvadriranje 0,1 daje rezultat 0,01, pomnoženo s 10 daje izlaznu snagu od 0,1 vata ili 100 milivata.
Korak 7. Pomnožite snagu s proteklim vremenom
Ovo množenje daje izlaznu energiju u džulima. 0,1 vat x 10 sekundi jednako je 1 džul električne energije.
