Tarkib

• Qadam bosish
• 4-usulning 1-usuli: Jyulda ishni hisoblash
• 4-ning 2-usuli: Kinetik energiyani jyullarda hisoblash
• 4-usulning 3-usuli: Joulni elektr energiyasi sifatida hisoblash
• 4 ning 4-usuli: Jouldagi issiqlikni hisoblash
• Maslahatlar
• Ogohlantirishlar
• Zaruriyatlar

Ingliz fizigi Jeyms Edvard Djoul nomi bilan atalgan joule (J) Xalqaro metrik tizimining eng muhim birliklaridan biridir. Joule ish, energiya va issiqlik birligi sifatida ishlatiladi va fanda keng qo'llaniladi. Agar sizning javobingiz djulda bo'lishini istasangiz, har doim standart ilmiy birliklardan foydalaning.

Qadam bosish

4-usulning 1-usuli: Jyulda ishni hisoblash

1. Mehnatning ta'rifi. Ish ob'ektga ma'lum masofani siljitish uchun unga qo'llaniladigan doimiy kuch sifatida tavsiflanadi. Agar bitta kuch ishlatilmasa, uni quyidagicha hisoblash mumkin kuch X masofa, va joule birliklarida yozilishi mumkin ("Nyuton metr" ga teng). Birinchi misolimizda biz erdan ko'krak balandligiga og'irlik qo'shmoqchi bo'lgan odamni olamiz va u qancha ish qilganini hisoblaymiz.
   • Quvvat harakat yo'nalishi bo'yicha qo'llanilishi kerak. Ob'ektni ushlab turganda va oldinga yurishda ob'ekt ustida hech qanday ish qilinmaydi, chunki siz uni harakat yo'nalishi bo'yicha itarib qo'ymaysiz.
2. Ko'chirilayotgan ob'ekt massasini aniqlang. Ob'ektning massasi uni harakatlantirish uchun zarur bo'lgan kuchni hisoblash uchun kerak. Bizning misolimizda og'irlik 10 kg massaga ega ekanligini ta'kidlaymiz.
   • Standart bo'lmagan boshqa funt sterlinglarni yoki boshqa birliklarni ishlatmang, aks holda yakuniy javob jyulda bo'lmaydi.
3. Kuchni hisoblang. Kuch = massa x tezlanish. Bizning misolimizda og'irlikni to'g'ridan-to'g'ri yuqoriga ko'tarish, biz engishga harakat qilayotgan tezlashish tortishish kuchiga teng, pastga qarab 9,8 m / s. (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Nyuton (N) yordamida og'irlikni ko'tarish uchun zarur bo'lgan kuchni hisoblang.
   • Agar ob'ekt gorizontal ravishda harakatlantirilsa, tortishish ahamiyatsiz bo'ladi. Buning o'rniga, muammo sizni ishqalanish qarshiligini engish uchun zarur bo'lgan kuchni hisoblashingizni talab qilishi mumkin. Ob'ekt itarilganda unga qanday tezlanish berilgan bo'lsa, u holda siz berilgan tezlanishni massaga ko'paytira olasiz.
4. Ob'ekt ko'chirilayotgan masofani o'lchab ko'ring. Ushbu misolda biz og'irlik 1,5 metr (m) ko'tarilgan deb taxmin qilamiz. Masofa metr bilan o'lchanishi kerak, aks holda yakuniy javobni Julda yozib bo'lmaydi.
5. Kuchni masofaga ko'paytiring. 98 Nyuton og'irligini 1,5 metrga ko'tarish uchun siz 98 x 1,5 = 147 Jul ish qilishingiz kerak bo'ladi.
6. Burchakda harakatlanadigan narsalar uchun mehnatni hisoblang. Bizning yuqoridagi misolimiz oddiy edi: kimdir ob'ektga yuqoriga qarab kuch ishlatgan va ob'ekt yuqoriga ko'tarilgan. Ba'zan kuchning yo'nalishi va ob'ektning harakati bir xil emas, chunki ob'ektga bir nechta kuch ta'sir qiladi. Quyidagi misolda biz cholga gorizontal ravishda 30º burchak ostida chanaga bog'langan arqonni tortib, 25 metrga cho'lni tortib olish uchun qancha Jul kerakligini hisoblaymiz. Quyidagilar bajariladi: ish = kuch x cos (θ) x masofa. "Belgi" yunoncha "teta" harfi bo'lib, kuch yo'nalishi va harakat yo'nalishi o'rtasidagi burchakni anglatadi.
7. Qo'llaniladigan umumiy quvvatni aniqlang. Ushbu masalada biz kimdir arqonni 10 Nyuton kuchi bilan tortib oladi, deymiz.
   • Agar "o'ngga", "yuqoriga" yoki "harakat yo'nalishi bo'yicha" kuch berilgan bo'lsa, "kuch x cos (") "hisoblanganidek bo'ladi va siz qiymatlarni ko'paytirishga o'tishingiz mumkin.
8. Tegishli kuchni hisoblang. Kuchning faqat bir qismi aravani oldinga tortadi. Arqon burchak ostida turganligi sababli, qolgan kuch tortishish kuchiga qarshi bo'lib, aravani yuqoriga ko'tarishga harakat qiladi. Kuchni harakat yo'nalishi bo'yicha hisoblang:
   • Bizning misolimizda er bilan arqon orasidagi the burchak 30º ga teng.
   • Cos (θ) ni hisoblang. cos (30º) = (-3) / 2 = taxminan 0.866. Ushbu qiymatni topish uchun siz kalkulyatordan foydalanishingiz mumkin, lekin hisoblagichingiz burchak (gradus yoki radian) da ko'rsatilgan birlikni to'g'ri ishlatishini tekshiring.
   • Umumiy kuch x cos (θ) ni ko'paytiring. Bizning misolimizda harakat yo'nalishi bo'yicha 10N x 0.866 = 8.66 N.
9. X masofani kuch bilan ko'paytiring. Endi harakat yo'nalishi bo'yicha qancha kuch qo'llanilishini bilsak, ishni odatdagidek hisoblashimiz mumkin. Bizning muammomiz vagonni 20 metr oldinga tortilganligini aytadi, shuning uchun biz 8,66 N x 20 m = 173,2 jul ishini hisoblaymiz.

4-ning 2-usuli: Kinetik energiyani jyullarda hisoblash

1. Ba'zi kinetik energiyani tushuning. Kinetik energiya - bu harakat shaklidagi energiya miqdori. Energiyaning har qanday ko'rinishida bo'lgani kabi, uni Julda ham ifodalash mumkin.
   • Kinetik energiya harakatsiz ob'ektni ma'lum tezlikka tezlashtirish uchun qilingan ish hajmiga teng. Ushbu tezlikka erishilgandan so'ng, ob'ekt bu energiya kinetik energiyani issiqlikka (ishqalanish bilan), tortishish energiyasiga (tortishish kuchiga qarshi) yoki boshqa turdagi energiyaga aylanmaguncha ushlab turadi.
2. Ob'ektning massasini aniqlang. Masalan, velosiped va velosipedchining kinetik energiyasini o'lchashimiz mumkin. Aytaylik, velosipedchining massasi 50 kg, velosipedning massasi 20 kg. Bu umumiy massani qo'shadi m 70 kg. Endi biz ularni 70 kg dan iborat 1 ta ob'ekt sifatida ko'rib chiqishimiz mumkin, chunki ular birgalikda bir xil tezlikda harakat qilishadi.
3. Tezlikni hisoblang. Agar siz velosipedchining tezligini yoki vektor tezligini allaqachon bilsangiz, uni yozing va davom eting. Agar siz hali ham buni hisoblashingiz kerak bo'lsa, quyidagi usullardan birini qo'llang. Bu vektor tezligiga emas, balki tezlikka tegishli (bu ma'lum bir yo'nalishdagi tezlik), garchi harf tez-tez bo'lsa ham v tezlik uchun ishlatiladi. Velosipedchining har qanday burilishlariga e'tibor bermang va butun masofa to'g'ri chiziqda turganday bo'ling.
   • Agar velosipedchi doimiy tezlikda (tezlashmasdan) harakatlanayotgan bo'lsa, velosipedchining bosib o'tgan masofasini o'lchab, shu masofani bosib o'tgan soniyalar soniga bo'ling. Bu o'rtacha tezlikni hisoblab chiqadi, bu stsenariyda istalgan lahzadagi tezlik bilan bir xil bo'ladi.
   • Agar velosipedchi doimiy tezlashishda harakat qilsa va yo'nalishini o'zgartirmasa, uning tezligini hisoblang t formula bilan 'tezlik (vaqt t) = (tezlanish) (t) + dastlabki tezlik. Vaqt soniyalarda, tezlik metr / soniyada va tezlanish m / sekundadir.
4. Quyidagi formulaga quyidagi raqamlarni kiriting. Kinetik energiya = (1/2)m "v. Masalan, velosipedchi 15 m / s tezlikda harakatlanayotgan bo'lsa, uning kinetik energiyasi K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 nyuton metr = 7875 jyul.
   • Kinetik energiya uchun formulani ishning ta'rifidan, W = Fs va v = v tenglamadan olish mumkin.₀ + 2aΔs. Δs "siljish", shuningdek bosib o'tgan masofani anglatadi.

4-usulning 3-usuli: Joulni elektr energiyasi sifatida hisoblash

1. Energiyani x vaqtidan foydalanib hisoblang. Quvvat vaqt birligiga sarflanadigan energiya deb ta'riflanadi, shuning uchun biz iste'mol qilingan energiyani vaqt birligining kuchiga qarab hisoblashimiz mumkin. Bu vattdagi quvvatni o'lchashda foydalidir, chunki 1 vatt = 1 Joule / soniya. 60 Vt quvvatli akkor lampochka 120 soniyada qancha energiya ishlatishini bilish uchun quyidagilarni ko'paytiring: (60 vatt) x (120 soniya) = 7200 jyul.
   • Ushbu formuladan vatt bilan o'lchangan har qanday quvvat uchun foydalanish mumkin, ammo elektr energiyasi eng aniq.
2. Elektr zanjiridagi energiya oqimini hisoblash uchun quyidagi bosqichlardan foydalaning. Amaliy misol sifatida quyida keltirilgan qadamlar keltirilgan, ammo fizikaning nazariy muammolarini tushunish uchun ushbu usuldan ham foydalanishingiz mumkin. Birinchidan, biz P kuchini P = I x R formuladan foydalanib hisoblaymiz, bu erda I amperdagi oqim, R esa ohmdagi qarshilik. Ushbu birliklar bizga vattdagi quvvatni beradi, shu sababli energiyani hisoblash uchun oldingi bosqichda ishlatilgan formulani qo'llashimiz mumkin.
3. Qarshilikni tanlang. Rezistorlar ohmda ko'rsatilgan, ularning qiymati to'g'ridan-to'g'ri qarshilikda ko'rsatilgan yoki bir qator rangli halqalar bilan ko'rsatilgan. Bundan tashqari, ohmmetr yoki multimetr bilan qarshilikni sinab ko'rishingiz mumkin. Ushbu misolda biz foydalanadigan qarshilik 10 ohm deb taxmin qilamiz.
4. Rezistorni energiya manbaiga (batareyaga) ulang. Buning uchun qisqichlardan foydalaning yoki rezistorni sinov pallasida joylashtiring.
5. U orqali ma'lum vaqt davomida oqim oqishiga yo'l qo'ying. Ushbu misolda biz vaqt birligi sifatida 10 soniyani olamiz.
6. Oqim kuchini o'lchash. Siz buni oqim o'lchagich yoki multimetr bilan qilasiz. Maishiy oqimning aksariyati milliampampda, shuning uchun biz oqim 100 milliamp yoki 0,1 amper deb hisoblaymiz.
7. P = I x R formuladan foydalaning. Endi kuchni topish uchun siz oqimning kvadrat kuchini qarshilikka ko'paytirasiz. Bu sizga ushbu sxemaning kuchini vattda beradi. 0,1 kvadrat 0,01 ga teng. Buni 10 ga ko'paytiring va siz 0,1 vatt yoki 100 millivatt quvvatga ega bo'lasiz.
8. Quvvatni o'tgan vaqtga ko'paytiring. Bu jyullarda energiya beradi. 0,1 vatt x 10 soniya 1 joule elektr energiyasiga teng.
   • Joule kichik bir birlik bo'lgani uchun va asboblarning energiya sarfi odatda vatt, millivatt va kilovattda ko'rsatilganligi sababli, ko'pincha qurilma iste'mol qilgan kVt soat (kilovatt soat) ni hisoblash qulayroq bo'ladi. 1 vatt soniyada 1 joulega teng yoki 1 joule 1 vatt soniyaga teng; bir kilovatt sekundiga 1 kilojoulga va bitta kilojoul 1 kilovatt soniyaga teng. Bir soat ichida 3600 soniya bor, shuning uchun 1 kilovatt-soat 3600 kilovatt-soniya, 3600 kilojul yoki 3 600 000 julga teng.

4 ning 4-usuli: Jouldagi issiqlikni hisoblash

1. Issiqlik qo'shiladigan narsaning massasini aniqlang. Buning uchun balans yoki tarozidan foydalaning. Agar narsa suyuqlik bo'lsa, avval suyuqlik tushadigan bo'sh idishni torting. Suyuqlik massasini topish uchun buni idish va suyuqlik massasidan birga olib tashlashingiz kerak bo'ladi. Ushbu misolda biz ob'ekt 500 gramm suv deb taxmin qilamiz.
   • Boshqa birlikni emas, balki grammdan foydalaning, aks holda natija Jyulda berilmaydi.
2. Ob'ektning solishtirma issiqligini aniqlang. Ushbu ma'lumot binas kimyo bo'yicha ma'lumotnomalarda mavjud, ammo siz Internetda ham topishingiz mumkin. Bu suv uchun o'ziga xos issiqlik v har bir santigrat daraja uchun gramm uchun 4,19 joulga teng - yoki juda aniq bo'lishni istasangiz, 4,1855.
   • Maxsus issiqlik harorat va bosimga qarab bir oz farq qiladi. Turli tashkilotlar va darsliklar turli xil "standart harorat" dan foydalanadi, shuning uchun siz suvning o'ziga xos issiqligi uchun 4179 gacha topishingiz mumkin.
   • Siz Selsiy o'rniga Kelvinni ham ishlatishingiz mumkin, chunki ikkala idish uchun ham 1 daraja bir xil (3ºC bilan qizdirish 3 ta Kelvin bilan bir xil). Farengeytdan foydalanmang, aks holda Julda natija berilmaydi.
3. Ob'ektning hozirgi haroratini aniqlang. Agar ob'ekt suyuqlik bo'lsa, siz odatdagi (simob) termometrdan foydalanishingiz mumkin. Boshqa narsalar uchun sizga proba bilan termometr kerak bo'lishi mumkin.
4. Ob'ektni qizdiring va yana haroratni o'lchang. Bu isitish vaqtida ob'ektga qo'shilgan issiqlik miqdorini o'lchashga imkon beradi.
   • Agar siz issiqlik shaklida saqlanadigan energiyaning umumiy miqdorini bilmoqchi bo'lsangiz, boshlang'ich harorat mutlaq nolga teng: 0 Kelvin yoki -273.15ºC.
5. Isitishdan keyingi haroratdan dastlabki haroratni chiqarib tashlang. Bu natija ob'ektning harorati o'zgarishini beradi. Suv dastlab 15 daraja, qiziganidan keyin esa 35 daraja edi, deb faraz qilsak, harorat o'zgarishi shuning uchun 20 darajani tashkil etadi.
6. Ob'ektning massasini solishtirma issiqlik va harorat o'zgarishiga ko'paytiring. Siz ushbu formulani H = deb yozasizmcΔT., bu erda ΔT "harorat o'zgarishini" anglatadi. Ushbu misolda bu 500 g x 4.19 x 20 = 41.900 julga aylanadi.
   • Issiqlik odatda kaloriya yoki kilokaloriyada ifodalanadi. Kaloriya deganda 1 gramm suvning harorati 1 daraja Selsiyga ko'tarilishi uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori tushuniladi, kilokalori (yoki kaloriya) esa 1 kilogramm suvning haroratini 1 daraja Selsiyga ko'tarish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori. . Yuqoridagi misolda 500 gramm suvning haroratini 20 darajaga ko'tarish uchun 10 000 kaloriya yoki 10 kilokaloriya kerak bo'ladi.

Maslahatlar

• Joule bilan bog'liq erg deb nomlangan ish va energiyaning yana bir birligi; 1 erg 1 dyne kuchiga 1 sm masofani tenglashtiradi. Bitta joule 10,000,000 erg ga teng.

Ogohlantirishlar

• Garchi "joule" va "nyuton metr" atamalari bir xil birlikni nazarda tutsa-da, amalda "joule" har qanday energiya turini ko'rsatish uchun va yuqoridagi zinapoyalarga chiqish misolida to'g'ri chiziqda bajarilgan ishlar uchun ishlatiladi. Torkni (aylanadigan ob'ektga kuch) hisoblash uchun foydalanilganda biz "Nyuton metr" atamasini afzal ko'ramiz.

Zaruriyatlar

Ish yoki kinetik energiyani hisoblash:

• Sekundomer yoki taymer
• Tarozi yoki muvozanat
• Kosinus funktsiyasi bilan ishlaydigan kalkulyator (faqat ish uchun, har doim ham kerak emas)

Elektr energiyasini hisoblash:

• Qarshilik
• Simlar yoki sinov taxtasi
• Multimetr (yoki ohmmetr va oqim o'lchagich)
• Fahnestock yoki alligator kliplari

Issiqlik:

• Isitish uchun mo'ljallangan ob'ekt
• Issiqlik manbai (masalan, Bunsen burneri)
• Termometr (suyuq termometr yoki prob bilan termometr)
• Kimyo / kimyo ma'lumotnomasi (isitilayotgan ob'ektning o'ziga xos issiqligini topish uchun)