I emëruar pas fizikantit britanik James Edward Joule, xhauli (J) është një nga njësitë themelore të sistemit metrik ndërkombëtar. Xhauli përdoret si njësi e punës, energjisë dhe nxehtësisë, dhe përdoret gjerësisht në aplikimet shkencore. Nëse doni përgjigjen tuaj në xhaul, gjithmonë sigurohuni që të përdorni njësi standarde shkencore. Kutia ose njësia britanike e nxehtësisë (BTU) përdoret ende në disa fusha, por jo në detyrat e shtëpisë tuaj të fizikës.
Hapi
Metoda 1 nga 5: Llogaritja e punës në Xhaul
Hapi 1. Kuptoni punën në fizikë
Nëse shtyni një kuti nëpër një dhomë, keni bërë një përpjekje. Nëse ngrini kutinë lart, ju gjithashtu keni bërë një përpjekje. Ekzistojnë dy kritere të rëndësishme që duhet të ekzistojnë në "biznes":
- Ju siguroni një stil të qëndrueshëm.
- Kjo forcë i bën objektet të lëvizin në të njëjtin drejtim me forcën.
Hapi 2. Kuptoni përkufizimin e biznesit
Përpjekja është e lehtë për t'u llogaritur. Thjesht shumëzoni sasinë e forcës dhe distancën totale që objekti ka përshkuar. Zakonisht, shkencëtarët shprehin forcën në Njutonë dhe distancën në metra. Nëse përdorni të dyja këto njësi, njësia e punës që rezulton është Joules.
Sa herë që lexoni një pyetje në lidhje me biznesin, ndaloni dhe mendoni se ku është stili. Nëse e ngrini kutinë, e shtyni lart në mënyrë që kutia të lëvizë lart. Pra, distanca që kalon kutia është sa e lartë është ngritur lart. Sidoqoftë, herën tjetër që të ecni përpara me kutinë, nuk bëhet asnjë përpjekje në këtë proces. Edhe nëse jeni ende duke e shtyrë kutinë për të mos rënë, ajo nuk lëviz më lart
Hapi 3. Gjeni masën e objektit që zhvendoset
Masa e një objekti është e nevojshme për të llogaritur forcën e kërkuar për ta lëvizur atë. Në shembullin tonë, supozoni se ngarkesa ka një masë prej 10 kilogramë (kg).
Shmangni përdorimin e kilogramëve ose njësive të tjera jo standarde, ose përgjigja juaj përfundimtare nuk do të jetë në xhaul
Hapi 4. Llogarit stilin
Forca = masa x nxitim. Në shembullin tonë, duke e ngritur peshën drejtpërsëdrejti, nxitimi që ne ushtrojmë është për shkak të gravitetit, i cili në rrethana normale përshpejton objektin poshtë në 9.8 metra/sek.2Me Llogaritni forcën e kërkuar për të lëvizur ngarkesën tonë lart duke shumëzuar (10 kg) x (9.8 m/s)2) = 98 kg m/s2 = 98 Njutonë (N).
Nëse objekti lëvizet horizontalisht, graviteti nuk ka efekt. Problemi mund t'ju kërkojë të llogaritni forcën e kërkuar për t'i rezistuar fërkimit. Nëse problemi ju tregon nxitimin e një objekti ndërsa shtyhet, mund të shumëzoni nxitimin e njohur me masën e tij
Hapi 5. Matni zhvendosjen e udhëtuar
Për këtë shembull, supozoni se një ngarkesë ngrihet në një lartësi prej 1.5 metrash (m). Zhvendosja duhet të matet në metra, ose përgjigja juaj përfundimtare nuk do të jetë në xhaul.
Hapi 6. Shumëzoni forcën me zhvendosjen
Për të ngritur një peshë 98 Njutoni 1.5 metra të lartë, duhet të bëni 98 x 1.5 = 147 xhaul punë.
Hapi 7. Llogaritni punën e bërë për të lëvizur objektin në një kënd të caktuar
Shembulli ynë më sipër është i thjeshtë: dikush ushtron një forcë përpara në një objekt, dhe objekti lëviz përpara. Ndonjëherë, drejtimi i forcës dhe lëvizja e objektit nuk janë të njëjta, sepse ka disa forca që veprojnë në objekt. Në shembullin tjetër, ne do të llogarisim numrin e xhaulëve të nevojshëm që një fëmijë të tërheqë një slitë 25 metra përmes borës së sheshtë duke e tërhequr litarin lart në një kënd prej 30º. Për këtë problem, punoni = forcë x kosinus (θ) x zhvendosje. Simboli është shkronja greke theta, dhe përshkruan këndin midis drejtimit të forcës dhe drejtimit të lëvizjes.
Hapi 8. Gjeni forcën totale të aplikuar
Për këtë problem, supozoni se një fëmijë tërheq një varg me një forcë prej 10 Njutonësh.
Nëse problemi ushtron një forcë në të djathtë, një forcë lart ose një forcë në drejtim të lëvizjes, atëherë këto forca tashmë përbëjnë pjesën x kosinus (θ) të forcës, dhe ju mund të kaloni përpara dhe të vazhdoni të shumëzoni vlerat Me
Hapi 9. Njehso forcën përkatëse
Vetëm disa stile tërheqin sajën përpara. Ndërsa vargu po drejtohet lart, një forcë tjetër përpiqet ta tërheqë atë, duke e tërhequr atë kundër gravitetit. Llogaritni forcën e ushtruar në drejtim të lëvizjes:
- Në shembullin tonë, këndi midis borës së sheshtë dhe litarit është 30º.
- Llogarit cos (θ). cos (30º) = (√3)/2 = afërsisht 0.866. Mund të përdorni një kalkulator për të gjetur këtë vlerë, por sigurohuni që kalkulatori juaj të përdorë të njëjtat njësi si matja e këndit tuaj (gradë ose radian).
- Shumëzoni forcën totale x cos (θ). Në shembullin tonë, 10 N x 0.866 = 8.66 forca në drejtim të lëvizjes.
Hapi 10. Shumëzoni forcën x zhvendosje
Tani që ne e dimë forcën që po përparon në drejtim të lëvizjes, ne mund ta llogarisim punën si zakonisht. Problemi ynë na tregon se sajë lëviz 20 metra përpara, kështu që llogaritni 8.66 N x 20 m = 173.2 xhaul punë.
Metoda 2 nga 5: Llogaritja e Xhaulit nga Watts
Hapi 1. Kuptoni fuqinë dhe energjinë
Watt është një njësi e fuqisë ose shkallës së përdorimit të energjisë (energji e ndarë me kohën). Ndërsa Joule është një njësi e energjisë. Për të kthyer Watts në Joules, duhet të përcaktoni kohën. Sa më gjatë të rrjedhë rryma elektrike, aq më e madhe është energjia e përdorur.
Hapi 2. Shumëzoni Watts me sekonda për të marrë Joules
Një pajisje 1 Watt do të konsumojë 1 Joule energji çdo 1 sekondë. Nëse shumëzoni numrin e Watts me sekonda, do të merrni Joules. Për të zbuluar se sa energji konsumon një llambë 60W në 120 sekonda, ju vetëm duhet të shumëzoni 60 vat x 120 sekonda = 7,200 Joules.
Kjo formulë mund të përdoret për çdo fuqi të shprehur në Watt, por në përgjithësi në energji elektrike
Metoda 3 nga 5: Llogaritja e energjisë kinetike në Xhaul
Hapi 1. Kuptoni energjinë kinetike
Energjia kinetike është sasia e energjisë në formën e lëvizjes. Ashtu si njësitë e tjera të energjisë, energjia kinetike mund të shkruhet në xhaul.
Energjia kinetike është e barabartë me sasinë e punës së bërë për të përshpejtuar një objekt statik në një shpejtësi të caktuar. Sapo objekti të arrijë atë shpejtësi, objekti do të mbajë një sasi të caktuar të energjisë kinetike derisa energjia të kthehet në nxehtësi (nga fërkimi), energji potenciale gravitacionale (nga lëvizja kundër gravitetit), ose lloje të tjera të energjisë
Hapi 2. Gjeni masën e objektit
Për shembull, ne matim energjinë kinetike të një biçiklete dhe një çiklisti. Për shembull, kalorësi ka një masë prej 50 kg, dhe biçikleta e tij ka një masë prej 20 kg, për një masë totale m prej 70 kg. Tani, ne i konsiderojmë të dy si një objekt me një masë prej 70 kg sepse ata të dy do të lëvizin me të njëjtën shpejtësi.
Hapi 3. Llogarit shpejtësinë
Nëse e dini shpejtësinë ose shpejtësinë e çiklistit, thjesht shkruani atë dhe vazhdoni. Nëse keni nevojë të llogaritni shpejtësinë, përdorni një nga metodat e mëposhtme. Vini re se ne po kërkojmë shpejtësi, jo shpejtësi (e cila është shpejtësia në një drejtim të caktuar), edhe pse shkurtesa v përdoret shpesh. Injoroni çdo kthesë që bën çiklisti dhe supozoni se e gjithë distanca është e mbuluar në një vijë të drejtë.
- Nëse çiklisti po lëviz me një shpejtësi konstante (jo duke u përshpejtuar), matni distancën që çiklisti përshkon në metra dhe ndani me numrin e sekondave që do të duhen për të mbuluar atë distancë. Kjo llogaritje do të japë shpejtësinë mesatare, e cila në këtë rast është e barabartë me shpejtësinë e menjëhershme.
- Nëse çiklisti përjeton nxitim të vazhdueshëm dhe nuk ndryshon drejtim, llogarisni shpejtësinë e tij në kohën t duke përdorur formulën për shpejtësinë në kohën t = (nxitimi) (t) + shpejtësia fillestare. Përdorni sekondën për të matur kohën, metër/sekondë për të matur shpejtësinë dhe m/s2 për të matur nxitimin.
Hapi 4. Lidhini këta numra në formulën e mëposhtme
Energjia kinetike = (1/2) m v 2Me Për shembull, nëse një çiklist po lëviz me një shpejtësi prej 15 m/s, energjia e tij kinetike EK = (1/2) (70 kg) (15 m/s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m/s) (15 m/s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 metra njuton = 7875 xhaul.
Formula për energjinë kinetike mund të rrjedhë nga përkufizimi i punës, W = FΔs, dhe ekuacioni kinematik v2 = v02 + 2aΔs. s përfaqëson një ndryshim në pozicionin ose distancën e përshkuar.
Metoda 4 nga 5: Llogaritja e nxehtësisë në Xhaul
Hapi 1. Gjeni masën e objektit që nxehet
Përdorni një peshore ose bilanc pranveror për ta matur atë. Nëse objekti është një lëng, së pari matni enën e zbrazët në të cilën ndodhet lëngu dhe gjeni masën e tij. Ju duhet ta hiqni atë nga masa e enës plus lëngu për të gjetur masën e lëngut. Për këtë shembull, le të themi se objekti është 500 gram ujë.
Përdorni gram, jo njësi të tjera, ose rezultati nuk do të jetë xhaul
Hapi 2. Gjeni nxehtësinë specifike të objektit
Ky informacion mund të gjendet në referencat e kimisë, si në formë libri ashtu edhe në internet. Për ujin, nxehtësia specifike e c është 4.19 joules për gram për çdo gradë Celsius që nxehet - ose 4.1855, nëse keni nevojë për vlerën e saktë.
- Nxehtësia specifike aktuale ndryshon pak në bazë të temperaturës dhe presionit. Organizata të ndryshme dhe libra shkollorë përdorin temperatura të ndryshme standarde, kështu që ju mund të shihni nxehtësinë specifike të ujit të listuar si 4.179.
- Ju mund të përdorni Kelvin në vend të Celsius sepse diferenca e temperaturës është e njëjtë për të dy njësitë (ngrohja e diçkaje me 3ºC është e barabartë me ngrohja me 3 Kelvin). Mos përdorni Fahrenheit, ose rezultatet tuaja nuk do të jenë në xhaul.
Hapi 3. Gjeni temperaturën fillestare të objektit
Nëse objekti është një lëng, mund të përdorni një termometër merkuri. Për disa artikuj, mund të keni nevojë për një termometër sondë.
Hapi 4. Ngrohni objektin dhe matni përsëri temperaturën
Kjo do të masë fitimin e nxehtësisë së objektit gjatë ngrohjes.
Nëse doni të matni sasinë totale të energjisë së ruajtur si nxehtësi, mund të supozoni se temperatura fillestare është zero absolute: 0 Kelvin ose -273.15ºC. Kjo nuk është shumë e dobishme
Hapi 5. Zbritni temperaturën fillestare nga temperatura e ngrohjes
Ky reduktim do të rezultojë në një shkallë të ndryshimit të temperaturës në objekt. Duke supozuar se uji ishte më parë 15 gradë Celsius dhe i ngrohur në 35 gradë Celsius, temperatura ndryshon në 20 gradë Celsius.
Hapi 6. Shumëzoni masën e objektit me nxehtësinë e tij specifike dhe me madhësinë e ndryshimit të temperaturës
Formula shkruhet Q = mc T, ku T është ndryshimi i temperaturës. Për këtë shembull, do të ishte 500g x 4, 19 x 20, ose 41.900 xhaul.
Nxehtësia shkruhet më shpesh në sistemin metrik të kalorive ose kilokalorive. Një kalori përcaktohet si sasia e nxehtësisë e nevojshme për të rritur temperaturën e 1 gram uji me 1 gradë Celsius, ndërsa një kilokalori është sasia e nxehtësisë së nevojshme për të rritur temperaturën e 1 kilogram ujë me 1 gradë Celsius. Në shembullin e mësipërm, ngritja e temperaturës prej 500 gram ujë me 20 gradë Celsius do të përdorë 10,000 kalori ose 10 kilokalori
Metoda 5 nga 5: Llogaritja e Xhaulit si Energji Elektrike
Hapi 1. Përdorni hapat e mëposhtëm për të llogaritur rrjedhën e energjisë në një qark elektrik
Hapat e mëposhtëm janë renditur si shembuj praktikë, por gjithashtu mund të përdorni metodën për të kuptuar problemet e shkruara të fizikës. Së pari, ne do të llogarisim fuqinë P duke përdorur formulën P = I2 x R, ku unë është rryma në amper dhe R është rezistenca në ohms. Këto njësi prodhojnë fuqi në vat, kështu që nga këtu, ne mund të përdorim formulën në hapin e mëparshëm për të llogaritur energjinë në xhaul.
Hapi 2. Zgjidhni një rezistencë
Rezistencat maten në ohms, me madhësi të shkruara drejtpërdrejt ose të përfaqësuara nga një koleksion linjash me ngjyrë. Ju gjithashtu mund të provoni rezistencën e një rezistence duke e lidhur atë me një ohmmetër ose multimetër. Për këtë shembull, ne supozojmë se rezistenca është 10 ohm.
Hapi 3. Lidhni rezistencën me burimin aktual
Ju mund t'i lidhni telat me rezistencën me një kapëse Fahnestock ose aligator, ose mund ta lidhni rezistencën në një tabelë provë.
Hapi 4. Rryma e rrjedhjes nëpër qark për një interval të caktuar kohor
Për këtë shembull, ne do të përdorim një interval prej 10 sekondash.
Hapi 5. Matni forcën aktuale
Bëni këtë me një ampermetër ose multimetër. Shumica e rrymave shtëpiake maten në miliampere, ose mijëra amperë, kështu që ne supozojmë se rryma është 100 miliampere ose 0.1 amper.
Hapi 6. Përdorni formulën P = I2 x R.
Për të gjetur fuqinë, shumëzoni katrorin e rrymës me rezistencën. Kjo rezulton në prodhimin e energjisë në vat. Katrori 0.1 jep një rezultat prej 0.01, shumëzuar me 10 jep një fuqi prej 0.1 vat ose 100 milivat.
Hapi 7. Shumëzoni fuqinë me kohën e kaluar
Ky shumëzim jep prodhimin e energjisë në xhaul. 0.1 vat x 10 sekonda është e barabartë me 1 xhaul energji elektrike.
