المحتوى

• لتخطو
• طريقة 1 من 4: حساب الشغل بالجول
• طريقة 2 من 4: حساب الطاقة الحركية بالجول
• طريقة 3 من 4: حساب الجول كطاقة كهربائية
• طريقة 4 من 4: حساب الحرارة بالجول
• نصائح
• تحذيرات
• الضرورات

الجول (J) ، الذي سمي على اسم الفيزيائي الإنجليزي جيمس إدوارد جول ، هو أحد أهم الوحدات في النظام المتري الدولي. يستخدم الجول كوحدة للعمل والطاقة والحرارة ويستخدم على نطاق واسع في العلوم. إذا كنت تريد أن تكون إجابتك بالجول ، فاستخدم دائمًا الوحدات العلمية القياسية.

لتخطو

طريقة 1 من 4: حساب الشغل بالجول

1. تعريف العمل. يُعرَّف الشغل بأنه قوة ثابتة تطبق على جسم لتحريكه مسافة معينة. إذا لم يتم تطبيق أكثر من قوة واحدة ، فيمكن حسابها على أنها قوة X مسافه: بعد، ويمكن كتابتها بوحدات الجول (ما يعادل "نيوتن متر"). في مثالنا الأول ، نأخذ شخصًا يريد إضافة وزن من الأرض إلى ارتفاع الصدر ، ونحسب مقدار العمل الذي قام به هذا الشخص.
   • يجب تطبيق القوة في اتجاه الحركة. عند الإمساك بشيء ما والمشي للأمام ، لا يتم عمل أي شيء عليه ، لأنك لا تدفع الجسم في اتجاه حركته.
2. حدد كتلة الجسم المتحرك. كتلة الجسم مطلوبة لحساب القوة المطلوبة لتحريكه. نذكر في مثالنا أن الوزن كتلته 10 كجم.
   • لا تستخدم أرطال أو وحدات أخرى غير قياسية وإلا فلن تكون الإجابة النهائية بالجول.
3. احسب القوة. القوة = تسارع الكتلة ×. في مثالنا ، رفع الوزن بشكل مستقيم ، التسارع الذي نحاول التغلب عليه يساوي الجاذبية ، 9.8 م / ث للأسفل. احسب القوة المطلوبة لرفع الوزن باستخدام (10 كجم) × (9.8 م / ث) = 98 كجم م / ث = 98 نيوتن (ن).
   • إذا تم تحريك الجسم أفقيًا ، فإن الجاذبية لا صلة لها بالموضوع. بدلاً من ذلك ، قد تدفعك المشكلة إلى حساب القوة المطلوبة للتغلب على مقاومة الاحتكاك. إذا أعطيت مقدار تسارع الجسم عند دفعه ، فيمكنك ضرب العجلة المعطاة في الكتلة.
4. قياس المسافة التي يتحرك بها الجسم. في هذا المثال ، نفترض أن الوزن قد تم رفعه بمقدار 1.5 متر (م). يجب قياس المسافة بالأمتار ، وإلا فلا يمكن تسجيل الإجابة النهائية بالجول.
5. اضرب القوة في المسافة. لرفع وزن 98 نيوتن 1.5 متر ، سيكون عليك عمل 98 × 1.5 = 147 جول من الشغل.
6. احسب العمالة للأجسام المتحركة بزاوية. كان مثالنا أعلاه بسيطًا: قام شخص ما بتطبيق قوة صاعدة على الجسم ، وارتفع الجسم. في بعض الأحيان ، لا يكون اتجاه القوة وحركة الجسم متماثلين تمامًا ، لأن قوى متعددة تؤثر على الجسم. في المثال التالي سنحسب عدد الجولات اللازمة لسحب مزلجة 25 مترًا عبر الثلج عن طريق سحب حبل متصل بالمزلاجة بزاوية 30 درجة على الأفقي. الحجوزات التالية: الشغل = القوة x cos (θ) x المسافة. "الرمز" هو الحرف اليوناني "ثيتا" ، ويمثل الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الحركة.
7. أوجد القوة الكلية المطبقة. في هذه المسألة نقول إن شخصًا ما شد الحبل بقوة 10 نيوتن.
   • إذا كانت القوة "إلى اليمين" أو "لأعلى" أو "في اتجاه الحركة" قد أُعطيت بالفعل ، فإن "force x cos (") "يتم حسابها ، ويمكنك المتابعة لمضاعفة القيم.
8. احسب القوة ذات الصلة. جزء فقط من القوة يسحب العربة للأمام. نظرًا لأن الحبل مرتفع بزاوية ، فإن القوة المتبقية تحاول رفع العربة لأعلى ، مما يؤدي إلى مقاومة الجاذبية. احسب القوة في اتجاه الحركة:
   • في مثالنا ، الزاوية θ بين الأرض والحبل تساوي 30º.
   • احسب جيب التمام (θ). cos (30º) = (3) / 2 = 0.866 تقريبًا. يمكنك استخدام آلة حاسبة للعثور على هذه القيمة ، ولكن تأكد من أن الآلة الحاسبة تستخدم الوحدة الصحيحة مثل تلك التي تم تحديد الزاوية بها (درجات أو راديان).
   • اضرب القوة الكلية x cos (θ). في مثالنا ، 10 نيوتن × 0.866 = 8.66 نيوتن في اتجاه الحركة.
9. اضرب القوة x المسافة. الآن وقد عرفنا مقدار القوة المؤثرة في اتجاه الحركة ، يمكننا حساب الشغل كالمعتاد. تخبرنا المسألة أن حامل الخراطيش قد قُطر 20 مترًا للأمام ، لذلك نحسب 8.66 نيوتن × 20 مترًا = 173.2 جول من الشغل.

طريقة 2 من 4: حساب الطاقة الحركية بالجول

1. افهم بعض الطاقة الحركية. الطاقة الحركية هي كمية الطاقة في شكل حركة. كما هو الحال مع أي شكل من أشكال الطاقة ، يمكن التعبير عنها بالجول.
   • الطاقة الحركية تساوي مقدار الشغل المبذول لتسريع جسم ثابت إلى سرعة معينة. بمجرد الوصول إلى هذه السرعة ، يحتفظ الجسم بهذه الكمية من الطاقة الحركية حتى يتم تحويل تلك الطاقة إلى حرارة (عن طريق الاحتكاك) ، أو طاقة جاذبية (بالتعارض مع الجاذبية) ، أو أنواع أخرى من الطاقة.
2. حدد كتلة الجسم. على سبيل المثال ، يمكننا قياس الطاقة الحركية لدراجة وراكب دراجة. لنفترض أن الدراج كتلته ٥٠ كجم والدراجة كتلتها ٢٠ كجم. هذا يضيف إلى الكتلة الكلية م 70 كجم. يمكننا الآن معاملتهم معًا ككائن واحد وزنه 70 كجم ، لأنهم يتحركون معًا بنفس السرعة.
3. احسب السرعة. إذا كنت تعرف بالفعل سرعة راكب الدراجة أو سرعة المتجه ، فقم بتدوينها واستمر في ذلك. إذا كنت لا تزال بحاجة إلى حساب هذا ، فاستخدم إحدى الطرق أدناه. يتعلق هذا بالسرعة ، وليس السرعة المتجهة (وهي السرعة في اتجاه معين) ، على الرغم من أن الحرف غالبًا الخامس تستخدم للسرعة. تجاهل أي دوران يقوم به راكب الدراجة وتظاهر أن المسافة بأكملها في خط مستقيم.
   • إذا كان الدراج يتحرك بسرعة ثابتة (بدون تسارع) ، فقم بقياس المسافة التي قطعها الدراج واقسمها على عدد الثواني التي استغرقها لقطع تلك المسافة. يحسب هذا متوسط ​​السرعة ، والتي في هذا السيناريو هي نفسها السرعة في أي لحظة.
   • إذا كان الدراج يتحرك بعجلة ثابتة ولا يغير اتجاهه ، فاحسب سرعته في ذلك الوقت ر مع سرعة الصيغة (الوقت t) = (التسارع) (ر) + السرعة الأولية. الوقت بالثواني والسرعة بالأمتار / الثانية والتسارع بوحدة m / s.
4. أدخل الأرقام التالية في الصيغة التالية. الطاقة الحركية = (1/2)م "الخامس. على سبيل المثال ، إذا كان الدراج يتحرك بسرعة 15 م / ث ، فإن طاقته الحركية هي K = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) = (1/2) (70 كجم) ( 15 م / ث) (15 م / ث) = 7875 كجم م / ث = 7875 نيوتن متر = 7875 جول.
   • يمكن اشتقاق صيغة الطاقة الحركية من تعريف الشغل ، W = FΔs ، والمعادلة v = v₀ + 2aΔs. تشير Δs إلى "الإزاحة" ، أو أيضًا المسافة المقطوعة.

طريقة 3 من 4: حساب الجول كطاقة كهربائية

1. احسب الطاقة باستخدام القوة × الوقت. تُعرَّف الطاقة بأنها الطاقة المستهلكة لكل وحدة زمنية ، لذا يمكننا حساب الطاقة المستهلكة حسب الطاقة مضروبة في وحدة الوقت. هذا مفيد عند قياس القدرة بالواط ، لأن 1 واط = 1 جول / ثانية. لمعرفة مقدار الطاقة التي تستخدمها لمبة متوهجة 60 وات في 120 ثانية ، اضرب الآتي: (60 واط) × (120 ثانية) = 7200 جول.
   • يمكن استخدام هذه الصيغة لأي نوع من الطاقة ، مقاسة بالواط ، لكن الكهرباء هي الأكثر وضوحًا.
2. استخدم الخطوات أدناه لحساب تدفق الطاقة في دائرة كهربائية. تم توضيح الخطوات أدناه كمثال عملي ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام هذه الطريقة لفهم مشاكل الفيزياء النظرية. أولاً ، نحسب القوة P باستخدام الصيغة P = I x R ، حيث I هو التيار بالأمبير و R هي المقاومة بالأوم. تعطينا هذه الوحدات القوة بالواط ، لذلك من الآن فصاعدًا يمكننا تطبيق الصيغة المستخدمة في الخطوة السابقة لحساب الطاقة بالجول.
3. اختر المقاوم. المقاومات مبينة بالأوم ، مع الإشارة إلى قيمتها مباشرة على المقاوم ، أو يشار إليها بسلسلة من الحلقات الملونة. يمكنك أيضًا اختبار المقاومة باستخدام مقياس أوم أو مقياس متعدد. في هذا المثال ، نفترض أن المقاومة التي نستخدمها هي 10 أوم.
4. قم بتوصيل المقاوم بمصدر طاقة (بطارية). استخدم المشابك لهذا أو ضع المقاوم في دائرة اختبار.
5. دع التيار يتدفق من خلاله لفترة معينة من الوقت. في هذا المثال ، نأخذ 10 ثوانٍ كوحدة زمنية.
6. قياس قوة التيار. يمكنك القيام بذلك باستخدام مقياس تدفق أو مقياس متعدد. معظم التيار المنزلي بالمللي أمبير ، لذلك نفترض أن التيار 100 مللي أمبير ، أو 0.1 أمبير.
7. استخدم الصيغة P = I x R. الآن لإيجاد القوة ، عليك ضرب القوة التربيعية للتيار في المقاومة. يمنحك هذا قوة هذه الدائرة بالواط. مربع 0.1 يعطي 0.01. اضرب هذا في 10 ، وستحصل على طاقة خرج قدرها 0.1 واط ، أو 100 ملي واط.
8. اضرب القوة في الوقت المنقضي. هذا يوفر الطاقة بالجول. 0.1 واط × 10 ثوانٍ يساوي 1 جول من الطاقة الكهربائية.
   • نظرًا لأن الجول عبارة عن وحدة صغيرة ولأن استهلاك الطاقة للأجهزة يُشار إليه عادةً بالواط والملي واط والكيلوواط ، فمن الأنسب غالبًا حساب عدد كيلووات ساعة (كيلو واط / ساعة) الذي يستهلكه الجهاز. 1 واط يساوي 1 جول في الثانية ، أو 1 جول يساوي 1 واط في الثانية ؛ كيلوواط واحد يساوي 1 كيلو جول في الثانية و كيلو جول واحد يساوي 1 كيلو واط في الثانية. هناك 3600 ثانية في الساعة ، لذا فإن 1 كيلو واط في الساعة يساوي 3600 كيلو واط في الثانية ، أو 3600 كيلوجول ، أو 3600000 جول.

طريقة 4 من 4: حساب الحرارة بالجول

1. حدد كتلة الجسم الذي تضاف إليه الحرارة. استخدم الميزان أو المقاييس لهذا الغرض. إذا كان الجسم سائلًا ، فقم أولاً بوزن الحاوية الفارغة التي سيدخل فيها السائل. سيتعين عليك طرح هذا من كتلة الوعاء والسائل معًا لإيجاد كتلة السائل. في هذا المثال نفترض أن الجسم هو 500 جرام من الماء.
   • استخدم الجرام وليس وحدة أخرى ، وإلا فلن يتم إعطاء النتيجة بالجول.
2. حدد الحرارة النوعية للكائن. يمكن العثور على هذه المعلومات في الكتب المرجعية للكيمياء Binas ، ولكن يمكنك أيضًا العثور عليها عبر الإنترنت. هذه هي الحرارة النوعية للماء ج يساوي 4.19 جول لكل جرام لكل درجة مئوية - أو 4.1855 ، إذا كنت تريد أن تكون دقيقًا للغاية.
   • تختلف الحرارة النوعية قليلاً حسب درجة الحرارة والضغط. تستخدم المنظمات والكتب المدرسية المختلفة "درجات حرارة قياسية" مختلفة ، لذلك قد تجد ما يصل إلى 4179 للحرارة المحددة للمياه.
   • يمكنك أيضًا استخدام كلفن بدلاً من مئوية ، لأن درجة واحدة هي نفسها لكلا الطبقين (تسخين شيء بدرجة 3 درجات مئوية هو نفسه مع 3 كلفن). لا تستخدم فهرنهايت وإلا فلن يتم إعطاء النتيجة بالجول.
3. تحديد درجة حرارة الجسم الحالية. إذا كان الجسم سائلًا ، يمكنك استخدام مقياس حرارة عادي (زئبقي). بالنسبة للأشياء الأخرى ، قد تحتاج إلى مقياس حرارة به مسبار.
4. قم بتسخين الجسم وقياس درجة الحرارة مرة أخرى. يسمح لك هذا بقياس كمية الحرارة التي تمت إضافتها إلى الجسم أثناء التسخين.
   • إذا كنت تريد معرفة إجمالي كمية الطاقة المخزنة على شكل حرارة ، فيمكنك التظاهر بأن درجة الحرارة الأولية كانت صفرًا مطلقًا: 0 كلفن أو -273.15 درجة مئوية.
5. اطرح درجة الحرارة الأصلية من درجة الحرارة بعد التسخين. هذا يعطي النتيجة التغيير في درجة حرارة الجسم. بافتراض أن الماء كان في البداية 15 درجة مئوية ، وبعد التسخين كان 35 درجة مئوية ، فإن التغير في درجة الحرارة هو 20 درجة مئوية.
6. اضرب كتلة الجسم في الحرارة النوعية والتغير في درجة الحرارة. تكتب هذه الصيغة كـ H =مولوديةΔت.، حيث ΔT تمثل "التغير في درجة الحرارة". في هذا المثال ، يصبح هذا 500 جم × 4.19 × 20 = 41900 جول.
   • يتم التعبير عن الحرارة عمومًا بالسعرات الحرارية أو السعرات الحرارية. يتم تعريف السعرات الحرارية على أنها كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار درجة واحدة مئوية ، بينما كيلو كالوري (أو السعرات الحرارية) هو مقدار الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 كيلوجرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. .. في المثال أعلاه ، يتطلب رفع درجة حرارة 500 جرام من الماء بمقدار 20 درجة مئوية 10000 سعر حراري أو 10 كيلو كالوري.

نصائح

• ترتبط الجول بوحدة أخرى للعمل والطاقة تسمى erg ؛ 1 erg يساوي قوة داين واحدة مضروبة في مسافة 1 سم. الجول الواحد يساوي 10،000،000 erg.

تحذيرات

• على الرغم من أن المصطلحين "جول" و "نيوتن متر" يشيران إلى نفس الوحدة ، إلا أنه من الناحية العملية يتم استخدام "جول" للإشارة إلى أي شكل من أشكال الطاقة وللعمل المنجز في خط مستقيم ، كما في مثال صعود السلالم أعلاه. عندما تستخدم لحساب عزم الدوران (القوة على جسم دوار) ، فإننا نفضل مصطلح "نيوتن متر".

الضرورات

حساب العمل أو الطاقة الحركية:

• ساعة توقيت أو مؤقت
• الميزان أو التوازن
• آلة حاسبة مع وظيفة جيب التمام (للعمل فقط ، وليس ضروريًا دائمًا)

حساب الطاقة الكهربائية:

• مقاومة
• الأسلاك أو لوحة الاختبار
• المتر المتعدد (أو الأومتر والمتر الحالي)
• مقاطع فحم الماشية أو التمساح

الحرارة:

• الكائن المراد تسخينه
• مصدر الحرارة (مثل موقد بنسن)
• ترمومتر (مقياس حرارة سائل أو ترمومتر مع مسبار)
• مرجع الكيمياء / الكيمياء (لإيجاد الحرارة النوعية للكائن الذي يتم تسخينه)