Comment calculer les joules

Comment calculer les joules

Cinq méthodes: calculer le travail en joulesCalculer les joules à partir de wattsCalculer l'énergie cinétique en joulesCalculer la chaleur en joulesCalculer l'énergie électrique en joules

Nommé d'après le physicien anglais James Prescott Joule, le joule (J) est l'une des unités fondamentales du système métrique international. Le joule est utilisé comme unité de travail, d'énergie et de chaleur et est largement utilisé dans les applications scientifiques. Si vous souhaitez que votre réponse soit en joules, veillez toujours à utiliser des unités scientifiques standard. Le "foot pound" ou le "British thermal unit" sont encore utilisés dans certains domaines, mais ils n'ont pas leur place dans vos devoirs de physique.

Formules

Les joules sont une unité d'énergie. Voici des formules pour les situations les plus courantes dans lesquelles vous calculez l'énergie. Tant que vous utilisez les unités SI répertoriées sous chaque formule, votre réponse sera en joules.

    • → joules = grammes * c * ΔT
    • T = température en ºC ou en kelvins
    • La capacité thermique spécifique c dépend du matériau à chauffer. Ses unités sont joules/grammesºC.

Pas

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Calcul du travail en joules

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    Comprendre ce que le travail signifie en physique. Si vous poussez une boîte à travers la pièce, vous avez terminé votre travail. Si vous le soulevez, vous avez fait le travail. Il y a deux qualités importantes qui doivent exister pour que le "travail" se produise:[1]
    • Vous appliquez une force constante.
    • La force fait que l'objet se déplace dans la direction de la force.
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    Définir le travail Le travail est facile à calculer. Multipliez simplement la quantité de force utilisée et la distance parcourue. Généralement, les scientifiques mesurent la force en Newton et la distance en mètres. Si vous utilisez ces unités, votre réponse sera de travailler en unités de joules.
    • Chaque fois que vous lisez un problème de mot au sujet du travail, arrêtez-vous et réfléchissez à l'endroit où la force est appliquée. Si vous soulevez une boîte, vous poussez vers le haut et la boîte monte - la distance est donc telle qu’elle monte. Mais si vous avancez alors en tenant la boîte, il n'y a pas de travail du tout. Vous poussez vers le haut pour empêcher la boîte de tomber, mais la boîte ne bouge pas.[2]
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    Trouvez la masse de l'objet déplacé. Vous devez connaître la masse pour déterminer la force nécessaire pour la déplacer. Pour notre premier exemple, nous utiliserons une personne soulevant un poids du sol à sa poitrine et calculons combien de travail cette personne exerce sur le poids. Disons que le poids a une masse de 10 kilogrammes (kg).
    • Évitez d'utiliser des livres ou d'autres unités non standard, ou votre réponse finale ne sera pas en termes de joules.
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    Calculer la force Force = masse x accélération. Dans notre exemple, en soulevant un poids tout droit, l’accélération que nous combattons est due à la gravité, qui est de 9,8 mètres / seconde.2. Calculer la force nécessaire pour déplacer notre poids vers le haut en multipliant (10 kg) x (9,8 m / s)2) = 98 kg m / s2 = 98 Newtons (N).
    • Si l'objet est déplacé horizontalement, la gravité est sans importance. Le problème peut vous demander de calculer la force nécessaire pour surmonter la friction à la place. Si le problème vous indique à quelle vitesse l'objet accélère lorsqu'il est poussé, vous pouvez multiplier l'accélération donnée avec la masse.
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    Mesurer la distance en cours de déplacement. Pour cet exemple, supposons que le poids soit levé de 1,5 mètre (m). La distance doit être mesurée en mètres ou votre réponse finale ne sera pas écrite en Joules.
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    Multipliez la force par la distance. Pour soulever un poids de 98 Newton à 1,5 mètre vers le haut, vous devrez exercer 98 x 1,5 = 147 Joules de travail.
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    Calculer le travail pour les objets se déplaçant dans un angle. Notre exemple ci-dessus était simple: quelqu'un a exercé une force vers le haut sur l'objet, et l'objet s'est déplacé vers le haut. Parfois, la direction de la force et le mouvement de l'objet ne sont pas tout à fait identiques, en raison des forces multiples qui agissent sur l'objet. Dans l'exemple suivant, nous calculerons la quantité de Joules nécessaire pour qu'un enfant fasse glisser un traîneau de 20 mètres sur de la neige plate en tirant sur une corde orientée vers le haut à 30º. Pour ce scénario, Work = force x cosinus (θ) x distance. Le symbole θ est la lettre grecque "theta" et décrit l'angle entre la direction de la force et la direction du mouvement.[3]
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    Trouvez la force totale appliquée. Pour ce problème, disons que l'enfant tire sur la corde avec une force de 10 Newtons.
    • Si le problème vous donne la "force droite", "force ascendante" ou "force dans la direction du mouvement", il a déjà calculé la partie "force x cos (θ)" du problème, et vous pouvez passer directement à multiplier les valeurs ensemble
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    Calculez la force pertinente. Seule une partie de la force tire le traîneau vers l'avant. Comme la corde est inclinée vers le haut, le reste de la force essaie de tirer le traîneau vers le haut, tirant inutilement contre la gravité. Calculez la force qui s'applique dans le sens du mouvement:
    • Dans notre exemple, l’angle θ entre la neige plate et la corde est de 30º.
    • Calculer cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = environ 0.866. Vous pouvez utiliser une calculatrice pour trouver cette valeur, mais assurez-vous que votre calculatrice est définie sur la même unité que votre mesure d'angle (degrés ou radians).
    • Multipliez la force totale x cos (θ). Dans notre exemple, 10 N x 0,866 = 8,66 N de force dans la direction du mouvement.
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    Multipliez la force x la distance. Maintenant que nous savons combien de force va réellement dans la direction du mouvement, nous pouvons calculer le travail comme d'habitude. Notre problème nous dit que le traîneau a été déplacé de 20 mètres vers l’avant, donc calculez 8,66 N x 20 m = 173,2 joules de travail.

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Calcul des Joules à partir de Watts

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    Comprendre le pouvoir et l'énergie Les watts sont une mesure de Puissance, ou à quelle vitesse l'énergie est utilisée (énergie au fil du temps). Joules est une mesure de énergie. Pour convertir des watts en joules, vous devez spécifier une durée. Plus un courant est long, plus il utilise d'énergie.
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    Multipliez les watts par secondes pour obtenir des joules. Un appareil de 1 Watt consomme 1 Joule d’énergie toutes les 1 secondes. Si vous multipliez le nombre de watts par le nombre de secondes, vous vous retrouverez avec des joules. Pour connaître la quantité d'énergie consommée par une ampoule de 60 W en 120 secondes, il suffit de multiplier (60 watts) x (120 secondes) = 7200 joules.[4]
    • Cette formule fonctionne pour toute forme de puissance mesurée en watts, mais l'électricité est l'application la plus courante.

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Calcul de l'énergie cinétique en joules

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    Comprendre l'énergie cinétique L'énergie cinétique est la quantité d'énergie sous forme de mouvement. Comme toute unité d'énergie, elle peut être exprimée en unités de Joules.
    • L'énergie cinétique est équivalente à la quantité de travail effectuée pour accélérer un objet stationnaire à une certaine vitesse. Une fois qu'elle a atteint cette vitesse, l'objet conserve cette quantité d'énergie cinétique jusqu'à ce que cette énergie se transforme en chaleur (provenant de la friction), en énergie potentielle gravitationnelle (en se déplaçant contre la gravité) ou avec d'autres types d'énergie.
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    Trouve la masse de l'objet. Par exemple, nous pouvons mesurer l'énergie cinétique d'un vélo et d'un cycliste. Disons que le cycliste a une masse de 50 kg et que le cycle a une masse de 20 kg, pour une masse totale m de 70 kg. Nous pouvons maintenant les traiter comme un objet de 70 kg, car ils voyageront ensemble à la même vitesse.
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    Calculer la vitesse Si vous connaissez déjà la vitesse ou la vitesse du cycliste, écrivez-le et avancez. Si vous avez besoin de le calculer vous-même, utilisez l'une des méthodes ci-dessous. Notez que nous nous soucions de la vitesse, pas de la vitesse (qui est la vitesse dans une certaine direction), même si l'abréviation v est souvent utilisé. Ignorer les virages que fait le cycliste et prétendre que toute distance parcourue est une ligne droite.
    • Si le cycliste se déplaçait à un rythme constant (ne pas accélérer), mesurez la distance parcourue par le cycliste en mètres et divisez-le par le nombre de secondes nécessaire pour déplacer cette distance. Cela vous donnera la vitesse moyenne, qui dans ce scénario est la même que la vitesse à un moment donné.
    • Si le cycliste accélère à une accélération constante et ne change pas de direction, calculer sa vitesse au moment t avec la formule "vitesse à l'instant t = (accélération) (t) + vitesse initiale. Utilisez les secondes pour mesurer le temps, les mètres / seconde pour mesurer la vitesse et m / s2 pour mesurer l'accélération.
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    Entrez ces chiffres dans la formule suivante. Énergie cinétique = (1/2) mv2. Par exemple, si le cycliste se déplace à 15 m / s, son énergie cinétique K = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/ s2 = 7875 newton-mètres = 7875 joules.
    • La formule de l’énergie cinétique peut être dérivée de la définition du travail, W = FΔs et l’équation cinématique v2 = v02 + 2aΔs.[5] Δs se réfère à "changement de position" ou à la distance parcourue.

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Calcul de la chaleur en joules

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    Trouvez la masse de l'objet chauffé. Utilisez une balance ou une balance à ressort pour cela.Si l'objet est un liquide, peser d'abord le récipient vide dans lequel le liquide sera retenu et trouver sa masse. Vous devrez soustraire ceci de la masse du récipient et du liquide ensemble pour trouver la masse du liquide. Pour cet exemple, nous supposons que l’objet est 500 grammes d’eau.
    • Utilisez des grammes, pas une autre unité, ou le résultat ne sera pas en Joules.
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    Trouvez la capacité thermique spécifique de l'objet. Cette information peut être trouvée dans une référence à la chimie, sous forme de livre ou en ligne. Pour l'eau, la capacité thermique spécifique c est de 4,19 joules par gramme pour chaque degré Celsius chauffé - ou 4,1855 si vous devez être très précis.[6]
    • La capacité thermique spécifique varie légèrement selon la température et la pression. Différentes organisations et manuels utilisent des «températures standard» différentes, de sorte que la capacité calorifique spécifique de l'eau peut être définie à 4.179.
    • Vous pouvez utiliser Kelvin au lieu de Celsius, car une différence de température est la même dans les deux unités (chauffer quelque chose par 3 ° C est identique au chauffage de 3 Kelvin). N'utilisez pas Fahrenheit ou votre résultat ne sera pas en Joules.
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    Trouvez la température actuelle de l'objet. Si l'objet est un liquide, vous pouvez utiliser un thermomètre à bulbe. Pour certains objets, vous pouvez avoir besoin d'un thermomètre à sonde.
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    Chauffez l'objet et mesurez à nouveau la température. Cela permettra à l'utilisateur de mesurer la quantité de chaleur ajoutée à l'objet pendant la chaleur.
    • Si vous voulez mesurer la quantité totale d'énergie stockée sous forme de chaleur, vous pouvez prétendre que la température initiale était le zéro absolu: 0 Kelvin ou -273.15ºC. Ce n'est généralement pas utile.
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    Soustrayez la température d'origine de la température chauffée. Cela produira les degrés de changement de température dans l'objet. En supposant que l'eau était à l'origine à 15 degrés Celsius et chauffée à 35 degrés Celsius, le changement de température serait de 20 degrés Celsius.
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    Multipliez la masse de l'objet par sa capacité thermique spécifique et par la quantité de changement de température. Cette formule est écrite H = mcΔT, où ΔT signifie "changement de température". Pour cet exemple, ce serait 500 g x 4,19 x 20 ou 41 900 joules.
    • La chaleur est plus communément exprimée dans le système métrique en termes de calories ou de kilocalories. Une calorie est définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 gramme d'eau à 1 degré Celsius, tandis qu'une kilocalorie (ou calorie) est la quantité de chaleur requise pour élever la température de 1 kilogramme d'eau à 1 degré Celsius. Dans l'exemple ci-dessus, élever 500 grammes d'eau à 20 degrés Celsius dépenserait 10 000 calories ou 10 kilocalories.

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Calcul de l'énergie électrique en joules

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    Suivez les étapes ci-dessous pour calculer le flux d'énergie dans un circuit électrique. Les étapes ci-dessous sont écrites comme exemple pratique, mais vous pouvez également utiliser cette méthode pour comprendre les problèmes de physique écrite. Tout d'abord, nous allons calculer la puissance P en utilisant la formule P = I2 x R, où I est le courant en ampères (ampères) et R est la résistance en ohms.[7] Ces unités nous donnent la puissance en watts, donc à partir de là, nous pouvons utiliser la formule de l’étape précédente pour calculer l’énergie en joules.
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    Choisissez une résistance. Les résistances sont évaluées en ohms, avec un classement soit directement marqué ou indiqué par une série de bandes colorées. Vous pouvez également tester la résistance d'une résistance en la connectant à un ohmmètre ou à un multimètre. Pour cet exemple, nous supposerons que la résistance est évaluée à 10 ohms.
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    Connectez la résistance à une source de courant. Connectez les fils à la résistance avec des pinces Fahnestock ou Alligator, ou branchez la résistance sur une carte de test.
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    Exécutez un courant dans le circuit pendant une période définie. Pour cet exemple, nous utiliserons une période de 10 secondes.
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    Mesurer la force du courant. Faites ceci avec un ampèremètre ou un multimètre. La plupart des courants domestiques sont exprimés en milliampères, ou millièmes d'ampère. Nous supposons donc que le courant est de 100 milliampères, soit 0,1 ampère.
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    Utilisez la formule P = I2 x R. Pour trouver la puissance, multipliez le carré du courant par la résistance. Cela donne la puissance en watts. La quadrature 0,1 donne 0,01, multipliée par 10, donne une puissance de sortie de 0,1 watt ou 100 milliwatts.
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    Multipliez le pouvoir par la quantité de temps écoulé. Cela donne la production d'énergie en joules. 0,1 watt x 10 secondes est égal à 1 joule d'énergie électrique.
    • Comme les joules sont de petites unités et que les appareils utilisent généralement les watts, les milliwatts et les kilowatts pour indiquer la quantité d'énergie utilisée, les services publics mesurent généralement leur production d'énergie en kilowattheures. Un watt est égal à 1 joule par seconde, ou 1 joule est égal à 1 watt-seconde; un kilowatt équivaut à 1 kilojoules par seconde et un kilojoule équivaut à 1 kilowatt-seconde. Comme il y a 3 600 secondes dans une heure, 1 kilowattheure équivaut à 3 600 kilowattheures, 3 600 kilojoules ou 3 600 000 joules.

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    1500W = 1500 J / s. 5 minutes = 300 s. Quantité de Joules = 300 s * 1500 J / s = 450000 J = 450 kJ.
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    Résumé rapide

    Pour calculer la chaleur en joules, commencez par trouver la masse en grammes de l'objet à chauffer. Ensuite, trouvez la capacité thermique de l'objet en degrés Celsius ou Kelvin. Une fois que vous avez la capacité de masse et de chaleur, trouvez la température actuelle de l'objet et sa température après son chauffage. Ensuite, soustrayez la température d'origine de la température chauffée et multipliez la différence par la masse et la capacité thermique pour trouver la chaleur en joules.

    Ce résumé vous a-t-il aidé?

    Conseils

    • En relation avec le joule se trouve une autre unité métrique de travail et d'énergie appelée erg; 1 erg est égal à 1 fois la force multipliée par 1 cm. Un joule équivaut à 10.000.000 ergs.

    Avertissements

    • Bien que les termes "joule" et "newton-mètre" décrivent la même unité, "joule" est utilisé dans la pratique pour représenter toute forme d’énergie et pour le travail en ligne droite, comme dans l’exemple ci-dessus. escaliers. Lorsqu'il est utilisé pour mesurer le couple, l'application de la force lors de la rotation d'un objet, le terme "newton-mètre" est préféré.

    Choses dont vous aurez besoin

    Travail ou énergie cinétique:

    • Chronomètre ou minuterie
    • Echelle ou balance
    • Calculatrice avec fonction cosinus (travail uniquement, pas toujours nécessaire)

    Calcul de l'énergie électrique:

    • Résistance
    • Fils ou tableau de test
    • Multimètre (ou ohmmètre et ampèremètre séparés)
    • Pinces d'élevage ou d'alligator

    Chaleur:

    • Objet à chauffer
    • Source de chaleur (comme un bec Bunsen)
    • Thermomètre (thermomètre à bulbe ou à sonde)
    • Ouvrage de référence sur la chimie (pour trouver la capacité thermique spécifique de l'objet chauffé)

    Sources et citations

    1. ↑ http://education-portal.com/academy/lesson/work-definition-characteristics-and-examples.html
    2. ↑ http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/u5l1a.cfm#waiter
    3. ↑ http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/u5l1a.cfm
    4. ↑ http://electronicsclub.info/power.htm
    5. ↑ http://physics.info/energy-kinetic/
    6. ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html
    7. ↑ http://electronicsclub.info/power.htm
    • http://www.mhi-inc.com/Converter/watt_calculator.htm
    • http://electronicsclub.info/power.htm
    Afficher plus ... (6)

    Comment calculer les joules

    INSTRUCTIONS

    Les 3 formules ci-dessus sont utilisées pour résoudre des problèmes impliquant des calculs d'énergie. Si vous connaissez 2 des 3 variables, la troisième peut être calculée.
    Comme d'habitude, sur www.1728.com, nous avons une calculatrice qui fera tout le travail pour vous.

    Ce ultra La calculatrice est spéciale en vous permettant de choisir parmi une grande variété d’unités. Contrairement à d'autres calculatrices, vous n'êtes pas obligé de saisir la masse en grammes, la vitesse en mètres par seconde, etc., ce qui rend cette calculatrice assez polyvalente.

    1) Quelle est la masse d'une balle voyageant à 1 150 pieds par seconde avec une énergie de 85,145 livres-pied?
    L'étape la plus importante dans l'utilisation de cette calculatrice est la suivante:
    PREMIER CHOISIR CE QUE VOUS RESOUVEZ
    Dans ce cas, nous résolvons pour MASSE, alors cliquez sur ce bouton.
    Entrez 1,150 dans la case "vélocité" et choisissez les pieds par seconde dans son menu.
    Entrez 85.145 dans la case "énergie" et choisissez les livres de pied dans son menu.
    Cliquez sur le bouton CALCULATE et vous verrez que cela équivaut à 29 grains.
    De plus, vous obtenez la réponse dans 7 autres unités différentes!

    2) Une voiture de 4 000 livres a une énergie de 500 000 livres.
    Quelle est sa vitesse?
    PREMIER CHOISIR CE QUE VOUS RESOUVEZ
    Dans ce cas, nous résolvons pour RAPIDITÉ, alors cliquez sur ce bouton.
    Entrez 4 000 dans la case "masse" et choisissez les livres dans son menu.
    Entrez 500 000 dans la case "énergie" et choisissez les livres de pied dans son menu.
    Cliquez sur le bouton CALCULATE et cela équivaut à 61,149 miles par heure.
    ET vous obtenez de voir la réponse dans 7 autre différentes unités !!

    3) Une femme avec une masse de 95 livres court à 10 miles par heure.
    Quelle est son énergie cinétique?
    PREMIER CHOISIR CE QUE VOUS RESOUVEZ
    Dans ce cas, nous résolvons pour ÉNERGIE, alors cliquez sur ce bouton.
    Entrez 95 dans la case "masse" et choisissez les livres dans son menu.
    Entrez 10 dans la case "vélocité" et choisissez miles par heure dans son menu.
    Cliquez sur le bouton CALCULATE et vous verrez que cela équivaut à 317,58 livres-pied.
    ET vous obtenez de voir la réponse dans 7 autre différentes unités !!

    En espérant que cette calculatrice vous aidera avec ces problèmes de physique.


    Pour une meilleure lisibilité, les réponses sont affichées dans un format "chiffre significatif" pour que vous puissiez ne pas voir les réponses telles que 77.3333333333333333.
    Les nombres supérieurs à 1 000 seront affichés en notation scientifique et avec le même nombre de chiffres significatifs spécifiés. Vous pouvez changer les chiffres significatifs affichés en changeant le nombre dans la case ci-dessus.
    Internet Explorer et la plupart des autres navigateurs afficheront les réponses correctement, mais quelques navigateurs afficheront non sortie que ce soit. Si oui, entrez un zéro dans la case ci-dessus. Cela élimine tout formatage, mais c'est mieux que de ne voir aucune sortie.

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