Được đặt theo tên nhà vật lý người Anh James Edward Joule, joule (J) là một trong những đơn vị cơ bản của hệ mét quốc tế. Joule được sử dụng như một đơn vị của công, năng lượng và nhiệt, và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khoa học. Nếu bạn muốn câu trả lời của mình bằng jun, hãy luôn đảm bảo sử dụng các đơn vị khoa học tiêu chuẩn. Đơn vị đo foot-pound hoặc đơn vị nhiệt của Anh (BTU) vẫn được sử dụng trong một số lĩnh vực, nhưng không được sử dụng trong bài tập vật lý của bạn.
Bươc chân
Phương pháp 1/5: Tính công việc bằng Joules
Bước 1. Hiểu công việc trong vật lý
Nếu bạn đẩy một chiếc hộp qua một căn phòng, bạn đã nỗ lực. Nếu bạn nâng chiếc hộp lên, bạn cũng đã nỗ lực. Có hai tiêu chí quan trọng phải tồn tại trong "doanh nghiệp":
- Bạn cung cấp một phong cách ổn định.
- Lực này làm cho các vật chuyển động cùng chiều với lực.
Bước 2. Hiểu định nghĩa về kinh doanh
Công sức dễ tính. Chỉ cần nhân lượng lực và tổng quãng đường mà vật đã đi được. Thông thường, các nhà khoa học biểu thị lực bằng Newton và khoảng cách bằng mét. Nếu bạn sử dụng cả hai đơn vị này, đơn vị công việc kết quả là Joules.
Bất cứ khi nào bạn đọc một câu hỏi về kinh doanh, hãy dừng lại và nghĩ xem phong cách đó ở đâu. Nếu bạn nâng hộp, bạn đẩy nó lên để hộp di chuyển lên trên. Vì vậy, quãng đường mà hộp đi được là bao nhiêu độ cao mà nó đã di chuyển lên trên. Tuy nhiên, vào lần tiếp theo bạn bước tiếp với chiếc hộp, bạn sẽ không cần nỗ lực gì trong quá trình này. Ngay cả khi bạn vẫn đẩy chiếc hộp lên để giữ cho nó không bị rơi, nó sẽ không còn di chuyển lên nữa
Bước 3. Tìm khối lượng của vật bị dời chỗ
Khối lượng của một vật là cần thiết để tính lực cần thiết để di chuyển nó. Trong ví dụ của chúng ta, giả sử tải có khối lượng 10 kilôgam (kg).
Tránh sử dụng pound hoặc các đơn vị không chuẩn khác, nếu không câu trả lời cuối cùng của bạn sẽ không được tính bằng jun
Bước 4. Tính toán kiểu dáng
Lực = khối lượng x gia tốc. Trong ví dụ của chúng ta, khi nâng vật nặng lên thẳng đứng, gia tốc mà chúng ta tạo ra là do trọng lực, trong trường hợp bình thường sẽ gia tốc vật thể đi xuống với vận tốc 9,8 mét / giây.2. Tính lực cần thiết để chuyển tải của chúng ta lên bằng cách nhân (10 kg) x (9,8 m / s2) = 98 kg m / s2 = 98 niutơn (N).
Nếu vật được chuyển động theo phương ngang thì trọng lực không có tác dụng. Bài toán có thể yêu cầu bạn tính lực cần thiết để chống lại ma sát. Nếu bài toán cho bạn biết gia tốc của một vật khi nó bị đẩy, bạn có thể nhân gia tốc đã biết với khối lượng của nó
Bước 5. Đo độ dịch chuyển đi được
Đối với ví dụ này, giả sử một tải được nâng lên độ cao 1,5 mét (m). Sự dịch chuyển phải được đo bằng mét, nếu không câu trả lời cuối cùng của bạn sẽ không được tính bằng jun.
Bước 6. Nhân lực với độ dời
Để nâng một vật nặng 98 newton lên cao 1,5 mét, bạn cần thực hiện công việc 98 x 1,5 = 147 jun.
Bước 7. Tính công cần làm để vật đi được một góc nhất định
Ví dụ của chúng tôi ở trên rất đơn giản: ai đó tác dụng một lực về phía trước lên một vật thể và vật thể đó di chuyển về phía trước. Đôi khi, hướng của lực và chuyển động của vật không giống nhau, vì có một số lực tác dụng lên vật. Trong ví dụ tiếp theo, chúng ta sẽ tính toán số jun cần thiết để một đứa trẻ kéo một chiếc xe trượt dài 25 mét qua tuyết phẳng bằng cách kéo dây lên một góc 30º. Đối với bài toán này, công = lực x cosin (θ) x độ dời. Biểu tượng là chữ cái Hy Lạp theta, và mô tả góc giữa hướng của lực và hướng của chuyển động.
Bước 8. Tìm tổng lực tác dụng
Đối với bài toán này, giả sử một đứa trẻ kéo một sợi dây với lực là 10 Newton.
Nếu bài toán tác động một lực sang phải, một lực hướng lên hoặc một lực theo hướng chuyển động, thì những lực này đã tính đến phần x cosin (θ) của lực và bạn có thể bỏ qua và tiếp tục nhân các giá trị
Bước 9. Tính lực tương ứng
Chỉ có một số kiểu kéo xe trượt về phía trước. Khi sợi dây hướng lên, một lực khác cố gắng kéo nó lên, kéo nó ngược với trọng lực. Tính lực tác dụng lên phương chuyển động:
- Trong ví dụ của chúng tôi, góc giữa tuyết phẳng và sợi dây là 30º.
- Tính cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = xấp xỉ 0,866. Bạn có thể sử dụng máy tính để tìm giá trị này, nhưng hãy đảm bảo rằng máy tính của bạn sử dụng cùng đơn vị đo góc của bạn (độ hoặc radian).
- Nhân tổng lực x cos (θ). Trong ví dụ của chúng ta, 10 N x 0,866 = 8,66 lực theo hướng chuyển động.
Bước 10. Nhân lực x độ dời
Bây giờ chúng ta đã biết lực tác dụng theo hướng chuyển động, chúng ta có thể tính công như bình thường. Bài toán cho chúng ta biết rằng xe trượt di chuyển về phía trước 20 mét, vì vậy hãy tính công 8,66 N x 20 m = 173,2 jun.
Phương pháp 2/5: Tính Joules từ Watts
Bước 1. Hiểu công suất và năng lượng
Watt là đơn vị đo công suất hoặc tỷ lệ sử dụng năng lượng (năng lượng chia cho thời gian). Trong khi Joule là một đơn vị năng lượng. Để chuyển đổi Watts sang Joules, bạn cần xác định thời gian. Dòng điện chạy càng dài thì năng lượng sử dụng càng lớn.
Bước 2. Nhân Watts với giây để có được Joules
Một thiết bị 1 Watt sẽ tiêu thụ 1 Joule năng lượng sau mỗi 1 giây. Nếu bạn nhân số Watts với giây, bạn sẽ nhận được Joules. Để biết một đèn 60W tiêu thụ bao nhiêu năng lượng trong 120 giây, bạn chỉ cần nhân 60 watt x 120 giây = 7.200 Joules.
Công thức này có thể được sử dụng cho bất kỳ công suất nào được biểu thị bằng Watts, nhưng nói chung là điện năng
Phương pháp 3/5: Tính toán động năng bằng Joules
Bước 1. Tìm hiểu động năng
Động năng là lượng năng lượng dưới dạng chuyển động. Giống như các đơn vị năng lượng khác, động năng có thể được viết bằng jun.
Động năng bằng lượng công thực hiện để vật tĩnh một vận tốc nào đó. Một khi vật đạt đến tốc độ đó, vật sẽ duy trì một lượng động năng nhất định cho đến khi năng lượng biến thành nhiệt (từ ma sát), thế năng hấp dẫn (từ chuyển động ngược với trọng lực), hoặc các dạng năng lượng khác
Bước 2. Tìm khối lượng của vật
Ví dụ, chúng tôi đo động năng của một chiếc xe đạp và một người đi xe đạp. Ví dụ, người đi xe đạp có khối lượng 50 kg, xe đạp có khối lượng 20 kg, tổng khối lượng m là 70 kg. Bây giờ, chúng ta coi cả hai như một vật có khối lượng 70 kg vì cả hai sẽ chuyển động với cùng tốc độ.
Bước 3. Tính tốc độ
Nếu bạn đã biết tốc độ hoặc tốc độ của người đi xe đạp, chỉ cần ghi lại và tiếp tục. Nếu bạn cần tính toán tốc độ, hãy sử dụng một trong các phương pháp dưới đây. Lưu ý rằng chúng ta đang tìm kiếm tốc độ, không phải vận tốc (là tốc độ theo một hướng nhất định), mặc dù chữ viết tắt v thường được sử dụng. Bỏ qua mọi ngã rẽ mà người đi xe đạp thực hiện và giả sử toàn bộ quãng đường được bao phủ trên một đường thẳng.
- Nếu người đi xe đạp đang chuyển động với tốc độ không đổi (không tăng tốc), hãy đo quãng đường mà người đi xe đạp đi được bằng mét, và chia cho số giây sẽ đi được quãng đường đó. Tính toán này sẽ mang lại tốc độ trung bình, trong trường hợp này bằng vận tốc tức thời.
- Nếu người đi xe đạp trải qua gia tốc không đổi và không đổi hướng, hãy tính vận tốc của anh ta tại thời điểm t bằng công thức vận tốc tại thời điểm t = (gia tốc) (t) + tốc độ ban đầu. Sử dụng giây để đo thời gian, mét / giây để đo tốc độ và m / s2 để đo gia tốc.
Bước 4. Cắm những con số này vào công thức sau
Động năng = (1/2) m v 2. Ví dụ, nếu một người đi xe đạp đang chuyển động với vận tốc 15 m / s thì động năng EK = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/NS2 = 7875 newton mét = 7875 jun.
Công thức của động năng có thể được rút ra từ định nghĩa của công, W = FΔs, và phương trình động học v2 = v02 + 2aΔs. s đại diện cho sự thay đổi vị trí hoặc quãng đường đi được.
Phương pháp 4/5: Tính nhiệt bằng Joules
Bước 1. Tìm khối lượng của vật bị nung nóng
Dùng cân hoặc cân lò xo để đo. Nếu vật đó là chất lỏng, trước hết hãy đo bình rỗng chứa chất lỏng và tìm khối lượng của nó. Bạn cần lấy khối lượng của bình chứa cộng với khối lượng của chất lỏng trừ đi để tìm khối lượng của chất lỏng. Đối với ví dụ này, giả sử vật thể là 500 gam nước.
Sử dụng gam, không sử dụng các đơn vị khác, nếu không kết quả sẽ không phải là jun
Bước 2. Tìm nhiệt dung riêng của vật
Thông tin này có thể được tìm thấy trong các tài liệu tham khảo về hóa học, cả dưới dạng sách và trực tuyến. Đối với nước, nhiệt dung riêng của c là 4,19 jun trên gam cho mỗi độ C mà nó được đun nóng - hoặc 4,1855, nếu bạn cần giá trị chính xác.
- Nhiệt lượng riêng thực tế thay đổi một chút dựa trên nhiệt độ và áp suất. Các tổ chức và sách giáo khoa khác nhau sử dụng nhiệt độ tiêu chuẩn khác nhau, vì vậy bạn có thể thấy nhiệt dung riêng của nước được liệt kê là 4.179.
- Bạn có thể sử dụng Kelvin thay vì độ C vì sự chênh lệch nhiệt độ là như nhau cho cả hai đơn vị (làm nóng thứ gì đó 3ºC tương đương với sưởi ấm thêm 3 Kelvin). Đừng sử dụng độ F, nếu không kết quả của bạn sẽ không tính bằng jun.
Bước 3. Tìm nhiệt độ ban đầu của vật
Nếu vật thể là chất lỏng, bạn có thể sử dụng nhiệt kế thủy ngân. Đối với một số mặt hàng, bạn có thể cần một nhiệt kế thăm dò.
Bước 4. Đốt nóng vật và đo lại nhiệt độ
Điều này sẽ đo mức tăng nhiệt của vật thể trong quá trình đốt nóng.
Nếu bạn muốn đo tổng lượng năng lượng được lưu trữ dưới dạng nhiệt, bạn có thể giả sử nhiệt độ ban đầu là 0 tuyệt đối: 0 Kelvin hoặc -273,15ºC. Điều này không hữu ích lắm
Bước 5. Trừ nhiệt độ ban đầu cho nhiệt độ gia nhiệt
Sự giảm này sẽ dẫn đến mức độ thay đổi nhiệt độ của vật thể. Giả sử trước đó nước là 15 độ C và được đun nóng lên 35 độ C thì nhiệt độ thay đổi thành 20 độ C.
Bước 6. Nhân khối lượng của vật với nhiệt dung riêng và độ lớn của sự thay đổi nhiệt độ
Công thức được viết Q = mc T, trong đó T là sự thay đổi nhiệt độ. Đối với ví dụ này, nó sẽ là 500g x 4, 19 x 20 hoặc 41,900 joules.
Nhiệt thường được viết trong hệ mét calo hoặc kilocalo. Một calo được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 gam nước thêm 1 độ C, trong khi kilocalo là nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 kg nước thêm 1 độ C. Trong ví dụ trên, tăng nhiệt độ của 500 gram nước lên 20 độ C sẽ sử dụng hết 10.000 calo hoặc 10 kilocalories
Phương pháp 5/5: Tính Joules dưới dạng năng lượng điện
Bước 1. Sử dụng các bước dưới đây để tính dòng năng lượng trong mạch điện
Các bước dưới đây được liệt kê dưới dạng ví dụ thực tế, nhưng bạn cũng có thể sử dụng phương pháp này để hiểu các bài toán vật lý đã viết. Đầu tiên, chúng ta sẽ tính công suất P bằng công thức P = I2 x R, trong đó I là cường độ dòng điện tính bằng ampe và R là điện trở tính bằng ôm. Các đơn vị này tạo ra công suất tính bằng watt, vì vậy từ đây, chúng ta có thể sử dụng công thức ở bước trước để tính năng lượng theo đơn vị jun.
Bước 2. Chọn một điện trở
Điện trở được đo bằng ohms, với kích thước được viết trực tiếp hoặc biểu thị bằng tập hợp các vạch màu. Bạn cũng có thể kiểm tra điện trở của một điện trở bằng cách kết nối nó với một ohm kế hoặc đồng hồ vạn năng. Đối với ví dụ này, chúng tôi giả sử điện trở là 10 ohms.
Bước 3. Kết nối điện trở với nguồn hiện tại
Bạn có thể kết nối dây với điện trở bằng kẹp Fahnestock hoặc kẹp cá sấu, hoặc bạn có thể cắm điện trở vào bảng kiểm tra.
Bước 4. Cho dòng điện chạy qua mạch trong một khoảng thời gian nhất định
Đối với ví dụ này, chúng tôi sẽ sử dụng khoảng thời gian là 10 giây.
Bước 5. Đo cường độ dòng điện
Làm điều này với ampe kế hoặc đồng hồ vạn năng. Hầu hết các dòng điện trong gia đình được đo bằng miliampe hoặc hàng nghìn ampe, vì vậy chúng tôi giả định dòng điện là 100 miliampe hoặc 0,1 ampe.
Bước 6. Sử dụng công thức P = I2 x R.
Để tìm công suất, nhân bình phương của dòng điện với điện trở. Điều này dẫn đến sản lượng điện tính bằng watt. Bình phương 0,1 cho kết quả là 0,01, nhân với 10 cho công suất đầu ra là 0,1 watt hoặc 100 miliwat.
Bước 7. Nhân công suất với thời gian đã trôi qua
Phép nhân này cho năng lượng đầu ra tính bằng jun. 0,1 watt x 10 giây bằng 1 jun năng lượng điện.
