Come calcolare i joule

Video: Energia: Conversione di Calorie, Chilowattora ed Elettronvolt in Joule

Contenuto

Passi
Metodo 1 di 5: calcolo del lavoro (J)
Metodo 2 di 5: Calcola l'energia (J) da una data potenza (W)
Metodo 3 di 5: calcolo dell'energia cinetica (J)
Metodo 4 di 5: calcolo della quantità di calore (J)
Metodo 5 di 5: calcolo dell'energia elettrica (J)
Consigli
Avvertenze
Di che cosa hai bisogno

Il joule (J) è una delle unità più importanti del Sistema internazionale di unità (SI). I joule misurano lavoro, energia e calore. Per rappresentare il risultato finale in joule, usa le unità SI.Se nell'attività vengono fornite altre unità di misura, convertirle in unità di misura del Sistema internazionale di unità.

Passi

Metodo 1 di 5: calcolo del lavoro (J)

1 Il concetto di lavoro in fisica. Se sposti la scatola, finisci il lavoro. Se sollevi la scatola, hai fatto il lavoro. Affinché il lavoro possa essere svolto, devono essere soddisfatte due condizioni:
- Stai applicando una forza costante.
- Sotto l'azione della forza applicata, il corpo si muove nella direzione dell'azione della forza.
2 Calcola il lavoro. Per fare ciò, moltiplica la forza e la distanza (di cui il corpo si è mosso). In SI, la forza è misurata in newton e la distanza in metri. Se utilizzi queste unità, il lavoro risultante verrà misurato in joule.
- Quando si risolvono problemi, determinare la direzione della forza applicata. Quando sollevi la scatola, la forza è diretta dal basso verso l'alto, ma se prendi la scatola tra le mani e percorri una certa distanza, non farai il lavoro: stai applicando una forza in modo che la scatola non cada, ma questa forza non muove la scatola.
3 Trova il tuo peso corporeo. È necessario calcolare la forza che deve essere applicata per muovere il corpo. Considera un esempio: calcola il lavoro svolto da un atleta quando solleva (dal pavimento al petto) un bilanciere del peso di 10 kg.
- Se il problema contiene unità di misura non standard, convertirle in unità SI.
4 Calcola la forza. Forza = massa x accelerazione. Nel nostro esempio, prendiamo in considerazione l'accelerazione di gravità, che è pari a 9,8 m / s. La forza che deve essere applicata per sollevare la barra è 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Se il corpo si muove su un piano orizzontale, ignora l'accelerazione di gravità. Forse il compito richiederà il calcolo della forza necessaria per superare l'attrito. Se l'accelerazione è data nel problema, moltiplicala semplicemente per la massa corporea data.
5 Misura la distanza percorsa. Nel nostro esempio, supponiamo che la barra venga sollevata a un'altezza di 1,5 m (se nel problema vengono fornite unità di misura non standard, convertirle in unità SI).
6 Moltiplica la forza per la distanza. Per sollevare un bilanciere del peso di 10 kg ad un'altezza di 1,5 m, l'atleta eseguirà un lavoro pari a 98 x 1,5 = 147 J.
7 Calcola il lavoro quando la forza è diretta ad angolo. L'esempio precedente era abbastanza semplice: le direzioni della forza e del movimento del corpo coincidevano. Ma in alcuni casi, la forza è diretta ad un angolo rispetto alla direzione di marcia. Considera un esempio: calcola il lavoro svolto da un bambino che tira una slitta di 25 m con una fune a 30 gradi rispetto all'orizzontale. In questo caso lavoro = forza x coseno (θ) x distanza. L'angolo è l'angolo tra la direzione della forza e la direzione del movimento.
8 Trova la forza totale applicata. Nel nostro esempio, supponiamo che il bambino applichi una forza pari a 10 N.
- Se il problema dice che la forza è diretta verso l'alto, o verso destra/sinistra, o la sua direzione coincide con la direzione del movimento del corpo, allora per calcolare il lavoro è sufficiente moltiplicare la forza per la distanza.
9 Calcola la forza corrispondente. Nel nostro esempio, solo una frazione della forza totale spinge la slitta in avanti. Poiché la fune è diretta verso l'alto (ad angolo rispetto all'orizzontale), un'altra parte della forza totale sta cercando di sollevare la slitta. Pertanto, calcola la forza, la cui direzione coincide con la direzione del movimento.
- Nel nostro esempio, l'angolo (tra il suolo e la corda) è 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Trova questo valore usando una calcolatrice; impostare l'unità angolare nella calcolatrice su gradi.
- Moltiplica la forza totale per cosθ. Nel nostro esempio: 10 x 0,866 = 8,66 N - questa è una forza la cui direzione coincide con la direzione del movimento.
10 Moltiplicare la forza corrispondente per la distanza per calcolare il lavoro. Nel nostro esempio: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Metodo 2 di 5: Calcola l'energia (J) da una data potenza (W)

1 Potenza ed energia. La potenza è misurata in watt (W) e descrive la velocità di variazione, conversione, trasmissione o consumo di energia, misurata in joule (J).Per calcolare l'energia (J) per una data potenza (W), è necessario conoscere la durata.
2 Per calcolare l'energia (J), moltiplica la potenza (W) per il tempo (s). Un dispositivo con una potenza di 1 W consuma 1 J di energia ogni 1 s. Ad esempio, calcoliamo l'energia consumata da una lampadina da 60 W per 120 secondi: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Questa formula è corretta per qualsiasi potenza misurata in watt, ma è più spesso utilizzata in attività che comportano l'elettricità.

Metodo 3 di 5: calcolo dell'energia cinetica (J)

1 L'energia cinetica è l'energia del movimento. Può essere espresso in joule (J).
- L'energia cinetica è equivalente al lavoro compiuto per accelerare un corpo fermo a una certa velocità. Dopo aver raggiunto una certa velocità, l'energia cinetica del corpo rimane costante fino a quando non viene convertita in calore (dall'attrito), energia potenziale gravitazionale (quando si muove contro la gravità) o altri tipi di energia.
2 Trova il tuo peso corporeo. Ad esempio, calcola l'energia cinetica di una bicicletta e di un ciclista. Il ciclista pesa 50 kg e la bicicletta pesa 20 kg, il che significa che il peso corporeo totale è 70 kg (considera la bicicletta e il ciclista come un corpo unico, poiché si muoveranno nella stessa direzione e alla stessa velocità).
3 Calcola la velocità. Se nel problema è indicata la velocità, andare al passaggio successivo; in caso contrario, calcolalo utilizzando uno dei metodi seguenti. Nota che la direzione della velocità è trascurabile qui; inoltre, supponiamo che il ciclista stia guidando in linea retta.
- Se il ciclista stava pedalando a velocità costante (nessuna accelerazione), misurare la distanza percorsa (m) e dividerla per il tempo (s) impiegato per coprire tale distanza. Questo ti darà una velocità media.
- Se il ciclista stava accelerando e il valore dell'accelerazione e la direzione del movimento non sono cambiati, la velocità in un dato momento t viene calcolata dalla formula: accelerazione x t + velocità iniziale. Il tempo si misura in secondi, la velocità in m/s, l'accelerazione in m/s.
4 Inserisci i valori nella formula. Energia cinetica = (1/2) mv, dove m è la massa, v è la velocità. Ad esempio, se la velocità di un ciclista è 15 m/s, allora la sua energia cinetica 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 formula per il calcolo dell'energia cinetica deriva dalla definizione di lavoro (W = FΔs) e dall'equazione cinematica (v = v₀ + 2aΔs, dove s è la distanza percorsa).

Metodo 4 di 5: calcolo della quantità di calore (J)

1 Trova la massa del corpo riscaldato. Per fare ciò, utilizzare una bilancia o una bilancia a molla. Se il corpo è un liquido, pesa prima il contenitore vuoto (in cui verserai il liquido) per trovarne la massa. Dopo aver pesato il liquido, sottrarre la massa del contenitore vuoto da questo valore per trovare la massa del liquido. Ad esempio, considera l'acqua del peso di 500 g.
- Affinché il risultato sia misurato in joule, la massa deve essere misurata in grammi.
2 Trova il calore specifico del corpo. Può essere trovato in un libro di testo di chimica, fisica o su Internet. La capacità termica specifica dell'acqua è di 4,19 J/g.
- Il calore specifico varia leggermente con la temperatura e la pressione. Ad esempio, in alcune fonti la capacità termica specifica dell'acqua è di 4,18 J/g (poiché fonti diverse scelgono valori diversi della "temperatura di riferimento").
- La temperatura può essere misurata in gradi Kelvin o Celsius (poiché la differenza tra le due temperature sarà la stessa), ma non in gradi Fahrenheit.
3 Trova la tua temperatura corporea iniziale. Se il corpo è liquido, usa un termometro.
4 Riscalda il corpo e trova la sua temperatura finale. In questo modo puoi trovare la quantità di calore trasferita al corpo quando viene riscaldato.
- Se vuoi trovare l'energia totale convertita in calore, considera la temperatura corporea iniziale come zero assoluto (0 Kelvin o -273,15 Celsius). Questo di solito non si applica.
5 Sottrai la temperatura corporea iniziale dalla temperatura finale per trovare la variazione della temperatura corporea. Ad esempio, l'acqua viene riscaldata da 15 gradi Celsius a 35 gradi Celsius, ovvero la variazione della temperatura dell'acqua è di 20 gradi Celsius.
6 Moltiplica il peso corporeo, il suo calore specifico e la variazione della temperatura corporea. Formula: H = mcΔT, dove ΔT è la variazione di temperatura. Nel nostro esempio: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- Il calore viene talvolta misurato in calorie o chilocalorie. Le calorie sono la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1 grado Celsius; chilocalorie è la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 kg di acqua di 1 grado Celsius. Nell'esempio sopra, ci vorrebbero 10.000 calorie o 10 kcal per aumentare la temperatura di 500 grammi di acqua di 20 gradi Celsius.

Metodo 5 di 5: calcolo dell'energia elettrica (J)

1 Descrive un metodo per calcolare il flusso di energia in un circuito elettrico. Viene fornito un esempio pratico in base al quale si possono risolvere problemi fisici. Per cominciare, calcoliamo la potenza secondo la formula P = I x R, dove I è la forza attuale (A), R è la resistenza (Ohm). Troverai la potenza (W) con cui puoi calcolare l'energia (J) (vedi secondo capitolo).
2 Prendi un resistore. Il valore di resistenza (Ohm) del resistore è indicato da un numero o da un contrassegno colorato. Puoi anche determinare la resistenza del resistore collegandolo a un ohmmetro o multimetro. Ad esempio, prendiamo un resistore da 10 ohm.
3 Collegare il resistore alla sorgente di corrente. Per fare ciò, utilizzare clip a coccodrillo o un supporto sperimentale con un circuito elettrico.
4 Fai passare una corrente attraverso il circuito per un certo tempo. Ad esempio, fallo per 10 secondi.
5 Determinare l'amperaggio. Per fare ciò, usa un amperometro o un multimetro. Ad esempio, la corrente è 100 mA = 0,1 A.
6 Calcola la potenza (W) usando la formula P = I x R. Nel nostro esempio: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Moltiplica potenza e tempo per trovare l'energia (J). Nel nostro esempio: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Poiché 1 joule è un valore piccolo e la potenza degli apparecchi elettrici è indicata in watt, milliwatt e kilowatt, nel settore abitativo e comunale, l'energia viene solitamente misurata in chilowattora. Se 1 W = 1 J / s, allora 1 J = 1 W ∙ s; se 1 kW = 1 kJ / s, allora 1 kJ = 1 kW ∙ s. Poiché 1 h = 3600 s, allora 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Consigli

In SI, anche l'energia e il lavoro sono misurati in erg. 1 erg = 1 dyne (unità di misura della forza) x 1 cm 1 J = 10.000.000 erg.

Avvertenze

Il joule e il newton metro sono unità di misura del lavoro. I joule misurano l'energia e il lavoro svolto quando un corpo si muove in linea retta. Se il corpo ruota, l'unità di misura è newton-metro.