Content

• Passos
• Mètode 1 de 5: càlcul del treball (J)
• Mètode 2 de 5: calcular l'energia (J) a partir d'una potència determinada (W)
• Mètode 3 de 5: càlcul de l'energia cinètica (J)
• Mètode 4 de 5: càlcul de la quantitat de calor (J)
• Mètode 5 de 5: càlcul de l'energia elèctrica (J)
• Consells
• Advertiments
• Què necessites

El joule (J) és una de les unitats més importants del Sistema Internacional d’Unitats (SI). Els joules mesuren el treball, l’energia i la calor. Per representar el resultat final en joules, utilitzeu unitats SI.Si es donen altres unitats de mesura a la tasca, convertiu-les en unitats de mesura del Sistema Internacional d’Unitats.

Passos

Mètode 1 de 5: càlcul del treball (J)

1. 1 El concepte de treball en física. Si moveu la caixa, acabareu la feina. Si aixequeu la caixa, haureu fet la feina. Per fer la feina, s’han de complir dues condicions:
   • Estàs aplicant una força constant.
   • Sota l’acció de la força aplicada, el cos es mou en la direcció de l’acció de la força.
2. 2 Calculeu el treball. Per fer-ho, multipliqueu la força i la distància (per la qual es va moure el cos). En SI, la força es mesura en newtons i la distància en metres. Si utilitzeu aquestes unitats, el treball resultant es mesurarà en joules.
   • En resoldre problemes, determineu la direcció de la força aplicada. En aixecar la caixa, la força es dirigeix ​​de baix cap a dalt, però si agafeu la caixa a les mans i camineu a una certa distància, no realitzareu la feina: apliqueu força perquè la caixa no caigui, però sí aquesta força no mou la caixa.
3. 3 Troba el teu pes corporal. Cal calcular la força que cal aplicar per moure el cos. Penseu en un exemple: calculeu la feina feta per un atleta en aixecar (del terra al pit) una barra de 10 kg.
   • Si el problema conté unitats de mesura no estàndard, converteix-les en unitats SI.
4. 4 Calculeu la força. Força = massa x acceleració. En el nostre exemple, tenim en compte l’acceleració de la gravetat, que és igual a 9,8 m / s. La força que cal aplicar per moure la barra cap amunt és de 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Si el cos es mou en un pla horitzontal, ignora l’acceleració deguda a la gravetat. Potser la tasca requerirà calcular la força necessària per superar la fricció. Si es dóna una acceleració al problema, simplement multipliqueu-la per la massa corporal donada.
5. 5 Mesureu la distància recorreguda. En el nostre exemple, diguem que la barra s’eleva a 1,5 m d’alçada (si es donen unitats de mesura no estàndard al problema, converteix-les a unitats SI).
6. 6 Multiplicar la força per la distància. Per aixecar una barra de 10 kg de pes a 1,5 m d’alçada, l’atleta realitzarà un treball igual a 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Calculeu el treball quan la força es dirigeix ​​en un angle. L’exemple anterior era força senzill: les direccions de força i moviment del cos coincidien. Però en alguns casos, la força es dirigeix ​​en un angle respecte a la direcció de la marxa. Penseu en un exemple: calculeu la feina feta per un nen estirant un trineu de 25 m amb una corda que es troba a 30 graus de l’horitzontal. En aquest cas treballar = força x cosinus (θ) x distància. L’angle θ és l’angle entre la direcció de la força i la direcció del moviment.
8. 8 Trobeu la força total aplicada. En el nostre exemple, diguem que el nen aplica una força igual a 10 N.
   • Si el problema diu que la força està dirigida cap amunt, cap a la dreta / esquerra, o la seva direcció coincideix amb la direcció del moviment del cos, llavors per calcular el treball, simplement multipliqueu la força i la distància.
9. 9 Calculeu la força corresponent. En el nostre exemple, només una fracció de la força total fa tirar el trineu cap endavant. Com que la corda es dirigeix ​​cap amunt (en angle respecte a l'horitzontal), una altra part de la força total intenta aixecar el trineu. Per tant, calculeu la força, la direcció de la qual coincideix amb la direcció del moviment.
   • En el nostre exemple, l’angle θ (entre el terra i la corda) és de 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Cerqueu aquest valor mitjançant una calculadora; estableix la unitat d’angle de la calculadora en graus.
   • Multiplicar la força total per cosθ. En el nostre exemple: 10 x 0,866 = 8,66 N: és una força la direcció del qual coincideix amb la direcció del moviment.
10. 10 Multiplicar la força corresponent per la distància per calcular el treball. En el nostre exemple: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Mètode 2 de 5: calcular l'energia (J) a partir d'una potència determinada (W)

1. 1 Potència i energia. La potència es mesura en watts (W) i descriu la velocitat de canvi, conversió, transmissió o consum d’energia, que es mesura en joules (J).Per calcular l’energia (J) d’una potència determinada (W), heu de conèixer la durada del temps.
2. 2 Per calcular l'energia (J), multipliqueu la potència (W) per temps (s). Un dispositiu amb una potència d’1 W consumeix 1 J d’energia per cada 1 s. Per exemple, calculem l'energia consumida per una bombeta de 60 W durant 120 segons: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Aquesta fórmula és certa per a qualsevol potència mesurada en watts, però s’utilitza més habitualment en tasques relacionades amb l’electricitat.

Mètode 3 de 5: càlcul de l'energia cinètica (J)

1. 1 L’energia cinètica és l’energia del moviment. Es pot expressar en joules (J).
   • L’energia cinètica equival al treball realitzat per accelerar un cos estacionari a una velocitat determinada. Havent assolit una certa velocitat, l’energia cinètica del cos es manté constant fins que es converteix en calor (per fricció), energia potencial gravitatòria (quan es mou contra la gravetat) o altres tipus d’energia.
2. 2 Troba el teu pes corporal. Per exemple, calculeu l’energia cinètica d’una bicicleta i d’un ciclista. El ciclista pesa 50 kg i la bicicleta pesa 20 kg, el que significa que el pes total del cos és de 70 kg (considereu la bicicleta i el ciclista com un sol cos, ja que es mouran en la mateixa direcció i a la mateixa velocitat).
3. 3 Calculeu la velocitat. Si es dóna velocitat al problema, aneu al pas següent; en cas contrari, calculeu-lo mitjançant un dels mètodes següents. Tingueu en compte que aquí la direcció de la velocitat és insignificant; a més, suposem que el ciclista circula en línia recta.
   • Si el ciclista anava a una velocitat constant (sense acceleració), mesureu la distància recorreguda (m) i dividiu-la pel temps (s) necessari per recórrer aquesta distància. Això us donarà velocitat mitjana.
   • Si el ciclista estava accelerant i el valor de l’acceleració i la direcció del moviment no van canviar, la velocitat en un moment determinat t es calcula mitjançant la fórmula: acceleració x t + velocitat inicial. El temps es mesura en segons, la velocitat en m / s, l’acceleració en m / s.
4. 4 Connecteu els valors a la fórmula. Energia cinètica = (1/2) mv, on m és massa, v és velocitat. Per exemple, si la velocitat d’un ciclista és de 15 m / s, la seva energia cinètica K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • La fórmula per calcular l’energia cinètica es deriva de la definició de treball (W = FΔs) i de l’equació cinemàtica (v = v₀ + 2aΔs, on Δs és la distància recorreguda).

Mètode 4 de 5: càlcul de la quantitat de calor (J)

1. 1 Trobeu la massa del cos escalfat. Per fer-ho, utilitzeu una balança o una bàscula. Si el cos és un líquid, primer peseu el recipient buit (cap a on aboquareu el líquid) per trobar la seva massa. Després de pesar el líquid, resteu la massa del recipient buit d’aquest valor per trobar la massa del líquid. Per exemple, penseu en aigua que pesa 500 g.
   • Perquè el resultat es mesuri en joules, la massa s’ha de mesurar en grams.
2. 2 Troba la calor específica del cos. Es pot trobar a un manual de química, de física o a Internet. La capacitat calorífica específica de l’aigua és de 4,19 J / g.
   • La calor específica varia lleugerament amb la temperatura i la pressió. Per exemple, en algunes fonts la capacitat calorífica específica de l'aigua és de 4,18 J / g (ja que diferents fonts trien diferents valors de la "temperatura de referència").
   • La temperatura es pot mesurar en graus Kelvin o Celsius (ja que la diferència entre les dues temperatures serà la mateixa), però no en graus Fahrenheit.
3. 3 Cerqueu la temperatura corporal inicial. Si el cos és líquid, utilitzeu un termòmetre.
4. 4 Escalfeu el cos i trobeu-ne la temperatura final. D'aquesta manera, podeu trobar la quantitat de calor transferida al cos quan s'escalfa.
   • Si voleu trobar l'energia total convertida en calor, considereu que la temperatura corporal inicial és zero absoluta (0 Kelvin o -273,15 Celsius). Això normalment no s'aplica.
5. 5 Resteu la temperatura corporal inicial de la temperatura final per trobar el canvi de temperatura corporal. Per exemple, l’aigua s’escalfa de 15 graus centígrads a 35 graus centígrads, és a dir, el canvi de temperatura de l’aigua és de 20 graus centígrads.
6. 6 Multipliqueu el pes corporal, la seva calor específica i el canvi de temperatura corporal. Fórmula: H = mcΔT, on ΔT és el canvi de temperatura. En el nostre exemple: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • La calor de vegades es mesura en calories o quilocalories. Les calories són la quantitat de calor necessària per elevar la temperatura d’1 gram d’aigua 1 grau centígrad; kilocalories és la quantitat de calor necessària per elevar la temperatura d'1 kg d'aigua en 1 grau centígrad. En l'exemple anterior, caldrien 10.000 calories o 10 kcal per augmentar la temperatura de 500 grams d'aigua en 20 graus centígrads.

Mètode 5 de 5: càlcul de l'energia elèctrica (J)

1. 1 Es descriu un mètode per calcular el flux d'energia en un circuit elèctric. Es dóna un exemple pràctic sobre la base del qual es poden resoldre problemes físics. Per començar, calculem la potència segons la fórmula P = I x R, on I és la força actual (A), R és la resistència (Ohm). Trobareu la potència (W) amb què podeu calcular l’energia (J) (vegeu el segon capítol).
2. 2 Agafeu una resistència. El valor de resistència (Ohm) de la resistència s’indica mitjançant un marcatge numèric o codificat per colors. També podeu determinar la resistència de la resistència connectant-la a un ohmímetre o multímetre. Per exemple, prenem una resistència de 10 ohms.
3. 3 Connecteu la resistència a la font actual. Per fer-ho, utilitzeu clips de cocodril o un suport experimental amb circuit elèctric.
4. 4 Passeu un corrent pel circuit durant un temps determinat. Per exemple, feu-ho durant 10 segons.
5. 5 Determineu l’amperatge. Per fer-ho, utilitzeu un amperímetre o multímetre. Per exemple, el corrent és de 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Calculeu la potència (W) mitjançant la fórmula P = I x R. En el nostre exemple: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multipliqueu la potència i el temps per trobar energia (J). En el nostre exemple: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Atès que 1 joule és un valor petit i la potència dels aparells elèctrics s’indica en watts, milliwatts i quilowatts, al sector de l’habitatge i de la comunitat, l’energia es mesura normalment en quilowatts-hora. Si 1 W = 1 J / s, llavors 1 J = 1 W ∙ s; si 1 kW = 1 kJ / s, llavors 1 kJ = 1 kW ∙ s. Com que 1 h = 3600 s, llavors 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Consells

• A SI, l’energia i el treball també es mesuren en ergs. 1 erg = 1 dina (unitat de mesura de força) x 1 cm.1 J = 10.000.000 erg.

Advertiments

• El joule i el newton metre són unitats de mesura per al treball. Els joules mesuren l’energia i el treball realitzat quan un cos es mou en línia recta. Si el cos gira, la unitat de mesura és newton-metre.

Què necessites

Treball i energia cinètica:

• Cronòmetre o temporitzador
• escates
• Calculadora de cosinus

Energia elèctrica:

• Resistència
• Filferros o suport experimental
• Multímetre (o ohmímetre i amperímetre)
• Clips de cocodril

Quantitat de calor:

• Cos escalfat
• Font de calor (per exemple, cremador)
• Termòmetre
• Manual per determinar la calor específica d’un cos escalfat