Cálculo de julios
Métodos: 4El cálculo de trabajo en juliosPara calcular la energía cinética en joulesCálculo de julios como electricidadCálculo del calor en julios
Nombre del físico Inglés James Joule Edward, el julio (J) es una de las unidades básicas del sistema métrico internacional. Joule se utiliza como una unidad de trabajo, la energía y el calor, y se utiliza ampliamente en aplicaciones científicas. Para una respuesta en joules, siempre utilice unidades científicas estándar. la "lb-ft" o "unidad térmica británica" Todavía se utilizan en algunos campos, pero no se muestran en su preparación física.
pasos
método 1
El cálculo de trabajo en julios
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Entender la definición de trabajo. El trabajo se define como la aplicación de fuerza constante para mover un objeto por una distancia específica. Si se ejerce sólo una fuerza, es posible calcular como fuerza x distancia y expresarlo en unidades de julios (equivalente a una "newton-metros"). Como primer ejemplo, utilizaremos una persona levanta un peso baja hasta la altura del pecho y calcular la cantidad de trabajo que la persona tiene en el peso.
- La fuerza debe ser aplicada en la dirección del movimiento. La celebración de un objeto y avanzar no requiere ninguna fuerza sobre el objeto, ya que no está empujando el objeto en la dirección del movimiento.
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Encontrar la masa del objeto que se movía. La masa de un objeto es esencial para el cálculo de la fuerza requerida para moverlo. En nuestro ejemplo, digamos que el peso tiene una masa de 10 kilogramos (kg).
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Calcular la fuerza. Fuerza = masa x aceleración. En nuestro ejemplo, levantar un peso, la aceleración a la que nos oponemos a que es debido a la gravedad, lo que, en condiciones normales, acelera los objetos hacia abajo a la velocidad de 9,8 metros / segundo. Calcular la fuerza necesaria para mover hacia arriba multiplicar nuestro peso (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newtons (N).
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Medir la distancia en la que se está moviendo el objeto. Por ejemplo, digamos que el peso está siendo levantado por 1,5 metros (m). La distancia se mide en metros o la respuesta final no se expresa en julios.
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Multiplicar la fuerza por la distancia. Para levantar un peso de 98 newtons por 1,5 metros, es necesario ejercer 98 x 1,5 = 147 julios de trabajo.
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Calcular los objetos de trabajo movidos en un ángulo. Nuestro ejemplo anterior era simple: una persona ejerce una fuerza hacia arriba sobre el objeto y el objeto se movía hacia arriba. A veces, la dirección de la fuerza y el movimiento de objetos no son iguales debido a diversas fuerzas que actúan sobre el objeto. En el siguiente ejemplo, vamos a calcular la cantidad de julios requeridos para un niño arrastrando un trineo de 25 metros lisos lo que tiran de una cuerda en un ángulo de 30 ° hacia arriba. En este escenario, el trabajo = fuerza x cos (θ) x distancia. El símbolo θ es la letra griega "ubre" y describe el ángulo entre la dirección de la fuerza y dirección del movimiento.
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Descubre toda la fuerza aplicada. En este problema, digamos que el niño está tirando de la cuerda con una fuerza de 10 newtons.
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Calcular la fuerza relevante. Sólo una parte de la fuerza está empujando el trineo hacia adelante. A medida que la cadena está en ángulo hacia arriba, el resto de la fuerza de empuje del trineo es hacia arriba contra la gravedad. Calcular la fuerza aplicada en la dirección del movimiento:
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Multiplicar la fuerza x distancia. Ahora que sabemos que la cantidad de fuerza que realmente se está aplicando en la dirección del movimiento, podemos calcular el trabajo como siempre lo hacemos. Nuestro problema informa que el trineo se movió 20 metros hacia adelante y luego calcular N 8,66 x 20 m = 173,2 julios de trabajo.
método 2
Para calcular la energía cinética en joules
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Entender lo que es la energía cinética. La energía cinética es la cantidad de energía en forma de movimiento. Como con cualquier unidad de potencia, se puede expresar en unidades de julios.
- La energía cinética es equivalente a la cantidad de trabajo realizado para acelerar un objeto inmóvil a cierta velocidad. Una vez que el objeto ha alcanzado esta velocidad, se conservará la cantidad de energía cinética hasta que se convierte en calor (de fricción), la energía potencial gravitatoria (movimiento contra la gravedad) u otros tipos de energía.
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Encontrar la masa del objeto. Por ejemplo, podemos medir la energía cinética de una bicicleta y un ciclista. Digamos que el piloto tiene una masa de 50 kg y la moto tiene una masa de 20 kg, para una masa total m 70 kg. Los tratamos como un objeto de 70 kg, se están moviendo juntos a la misma velocidad.
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Calcular la velocidad. Si ya conoce la velocidad o la velocidad del ciclista, simplemente escríbalo y seguir adelante. Si necesita calcularlo, utilice uno de los métodos siguientes. Tenga en cuenta que estamos preocupados por la velocidad, no la velocidad (que es la velocidad en una dirección), aunque la abreviatura v se utiliza a menudo. No haga caso de cualquier curva que los pilotos hacen y pretenden que toda la distancia consiste en una línea recta.
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Introduzca estos números en la siguiente fórmula: La energía cinética = (1/2)m `v. Por ejemplo, si el ciclista se mueve a 15 m / s, su energía cinética K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s ) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 Nm = 7875 julios.
método 3
Cálculo de julios como electricidad
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Calcular la energía utilizada como potencia frente al tiempo. La potencia se define como la energía por segundo, por lo que puede convertir de nuevo en el poder de multiplicar potencia x tiempo. Esto es muy útil para medir la potencia en vatios, como 1 vatio = 1 joule / segundo. Para averiguar la cantidad de energía que una lámpara de 60 vatios consume 120 segundos, simplemente multiplique (60 vatios) x (120/2) = 7200 julios.
- Esta fórmula funciona para cualquier forma de energía se mide en vatios, pero la electricidad es la aplicación más común.
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Utilice los pasos a continuación para calcular el flujo de energía en un circuito eléctrico. Los pasos siguientes son un ejemplo práctico, pero también se puede utilizar el método para entender los problemas físicos. En primer lugar, calcular la potencia P utilizando la fórmula P = I x R, donde I es la corriente en amperios (amperios) y R es la resistencia en ohmios. Estas unidades proporcionan la potencia en vatios, por lo que a partir de ahí, podemos utilizar la fórmula en el paso anterior para calcular la energía en julios.
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Elija una resistencia. Las resistencias están clasificados en ohmios, como la clasificación obtenida directamente por etiqueta o por una serie de bandas de colores. También puede probar la resistencia de una resistencia mediante la conexión a un metro o metro ohmios. En este ejemplo vamos a utilizar una resistencia de 10 ohmios.
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Conecte la resistencia a una fuente de corriente. Conecte los cables a la resistencia con pinzas cocodrilo o Fahnestock o conectar la resistencia a una placa de prueba.
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Pasar una corriente a través del circuito durante un período determinado de tiempo. En este ejemplo, se utiliza un período de 10 segundos.
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Medir la fuerza de la corriente. Hacer esto con un amperímetro o un multímetro. Los actuales la mayoría de los hogares es de miliamperios o milésimas de amperio, así que vamos a suponer que la corriente es de 100 miliamperios o 0,1 amperios.
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Utilice la fórmula P = I x R. Para descubrir el poder, multiplicar el cuadrado de la corriente y la resistencia. Este cálculo se traduce en potencia en vatios. El cuadrado es 0,1 a 0,01 multiplicado por 10, lo que resulta en una salida de potencia 0,1 vatios, o 100 milivatios.
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Multiplicar la potencia por el tiempo transcurrido. Este cálculo proporciona la energía de salida en julios: 0,1 vatios x 10 segundos es igual a 1 joule de electricidad.
método 4
Cálculo del calor en julios
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Encontrar la masa del objeto que se calienta. Utilice una escala o una balanza de resorte. Si el objeto es líquido, se pesa el envase vacío de líquido y encontrar su masa. Es necesario restar ese valor de la masa del recipiente y el líquido juntos para averiguar la masa del líquido. En este ejemplo, se supone que el objeto tiene 500 gramos de agua.
- Utilice gramos, sin ninguna otra unidad, o el resultado será en julios. Para objetos grandes,
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Descubre la capacidad de calor específico del objeto. Esta información se puede encontrar en una referencia químico es un libro o una página web. Para el agua, la capacidad de calor específico c es de 4,19 julios por gramo por cada grado Celsius de calentamiento - 4.1855 o si necesita ser muy preciso.
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Descubre la temperatura actual del objeto. Si el objeto es un líquido, se puede utilizar un termómetro de bulbo. Para algunos objetos, puede que necesite un termómetro con sonda.
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Calentar el objeto y medir la temperatura de nuevo. Para que pueda medir la cantidad de calor que se añade al objeto durante el calentamiento.
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Restar de la temperatura inicial de la temperatura de calentamiento. Este cálculo se producirá el cambio en los grados de temperatura en el objeto. Suponiendo que el agua era originalmente 15 ° C y se calienta a 35 grados Celsius, el cambio de temperatura será 20 grados Celsius.
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Multiplicar la masa del objeto por su capacidad de calor específico y el cambio de temperatura en el valor. Esta fórmula se expresa como H = mcΔT, donde los medios de DT "cambio de temperatura". En este ejemplo, sería 500g x 4,19 x 20 o 41.900 julios.
consejos
- Hay otra unidad métrica de trabajo y energía en julios relacionados llama erg- 1 erg es igual a 1 veces la fuerza dinas la distancia de 1 cm. Un julio es igual a 10.000.000 ergios.
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- Aunque los términos "joule" y "newton-metros" describir la misma unidad, en la práctica el "joule" se utiliza para representar cualquier forma de energía y el trabajo realizado en una línea recta, como en el ejemplo anterior se ejecuta subir un tramo de escaleras. Para medir el par, la aplicación de la fuerza de la rotación de un objeto, el término "newton-metros" Se prefiere.
materiales necesarios
Trabajo o energía cinética:
- cronómetro
- equilibrio
- Calculadora con función coseno (sólo para el trabajo, no siempre es necesario)
Energia electrica:
- resistor
- Alambres o marco de ensayo
- Multímetro (o medidor de ohmios y un amperímetro por separado)
- Fahnestock clips o cocodrilo
de calor:
- Objeto a calentar
- fuente de calor (tal como un mechero Bunsen)
- Termómetro (bulbo del termómetro o la sonda)
- libro de referencia química (para averiguar la capacidad calorífica específica de ser calentado el objeto)
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