Inhalt

• Schritte
• Methode 1 von 5: Berechnung der Arbeit (J)
• Methode 2 von 5: Berechnen Sie die Energie (J) aus einer gegebenen Leistung (W)
• Methode 3 von 5: Berechnung der kinetischen Energie (J)
• Methode 4 von 5: Berechnung der Wärmemenge (J)
• Methode 5 von 5: Berechnung der elektrischen Energie (J)
• Tipps
• Warnungen
• Was brauchst du

Das Joule (J) ist eine der wichtigsten Einheiten im Internationalen Einheitensystem (SI). Joule messen Arbeit, Energie und Wärme. Um das Endergebnis in Joule darzustellen, verwenden Sie SI-Einheiten.Wenn in der Aufgabe andere Maßeinheiten angegeben sind, konvertieren Sie diese in Maßeinheiten aus dem Internationalen Einheitensystem.

Schritte

Methode 1 von 5: Berechnung der Arbeit (J)

1. 1 Der Arbeitsbegriff in der Physik. Wenn Sie die Kiste bewegen, ist die Arbeit erledigt. Wenn Sie die Kiste anheben, haben Sie die Arbeit erledigt. Damit die Arbeiten ausgeführt werden können, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
   • Sie wenden konstante Kraft an.
   • Unter Einwirkung der aufgebrachten Kraft bewegt sich der Körper in Richtung der Krafteinwirkung.
2. 2 Berechnen Sie die Arbeit. Multiplizieren Sie dazu die Kraft und den Weg (um den sich der Körper bewegt hat). In SI wird die Kraft in Newton und der Abstand in Metern gemessen. Wenn Sie diese Einheiten verwenden, wird die resultierende Arbeit in Joule gemessen.
   • Bestimmen Sie beim Lösen von Problemen die Richtung der aufgebrachten Kraft. Beim Anheben der Kiste wird die Kraft von unten nach oben gerichtet, aber wenn Sie die Kiste in die Hand nehmen und eine bestimmte Strecke gehen, dann erledigen Sie die Arbeit nicht - Sie üben Kraft aus, damit die Kiste nicht herunterfällt, sondern diese Kraft bewegt die Kiste nicht.
3. 3 Finden Sie Ihr Körpergewicht. Es wird benötigt, um die Kraft zu berechnen, die aufgebracht werden muss, um den Körper zu bewegen. Betrachten Sie ein Beispiel: Berechnen Sie die Arbeit, die ein Sportler beim Heben (vom Boden bis zur Brust) einer 10 kg schweren Langhantel verrichtet.
   • Wenn das Problem nicht standardmäßige Maßeinheiten enthält, konvertieren Sie diese in SI-Einheiten.
4. 4 Berechne die Stärke. Kraft = Masse x Beschleunigung. In unserem Beispiel berücksichtigen wir die Erdbeschleunigung, die 9,8 m / s beträgt. Die Kraft, die aufgebracht werden muss, um die Stange nach oben zu bewegen, beträgt 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Wenn sich der Körper in einer horizontalen Ebene bewegt, ignorieren Sie die Erdbeschleunigung. Vielleicht erfordert die Aufgabe die Berechnung der Kraft, die erforderlich ist, um die Reibung zu überwinden. Wenn in der Aufgabe eine Beschleunigung angegeben ist, multiplizieren Sie diese einfach mit der angegebenen Körpermasse.
5. 5 Messen Sie die zurückgelegte Strecke. Nehmen wir in unserem Beispiel an, dass die Stange auf eine Höhe von 1,5 m angehoben wird (Wenn im Problem nicht standardmäßige Maßeinheiten angegeben sind, rechnen Sie diese in SI-Einheiten um.)
6. 6 Multiplizieren Sie die Kraft mit dem Abstand. Um eine 10 kg schwere Langhantel auf eine Höhe von 1,5 m zu heben, verrichtet der Athlet eine Arbeit von 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Berechnen Sie die Arbeit, wenn die Kraft schräg gerichtet ist. Das vorherige Beispiel war ganz einfach: Kraft- und Bewegungsrichtung des Körpers fielen zusammen. In einigen Fällen wird die Kraft jedoch schräg zur Fahrtrichtung gerichtet. Betrachten Sie ein Beispiel: Berechnen Sie die Arbeit, die ein Kind verrichtet, das einen 25 m langen Schlitten mit einem Seil zieht, das 30 Grad von der Horizontalen entfernt ist. In diesem Fall Arbeit = Kraft x Kosinus (θ) x Weg. Der Winkel θ ist der Winkel zwischen Kraftrichtung und Bewegungsrichtung.
8. 8 Finden Sie die gesamte aufgebrachte Kraft. Nehmen wir in unserem Beispiel an, dass das Kind eine Kraft von 10 N aufbringt.
   • Wenn das Problem besagt, dass die Kraft nach oben oder nach rechts / links gerichtet ist oder ihre Richtung mit der Bewegungsrichtung des Körpers übereinstimmt, multiplizieren Sie einfach die Kraft und den Abstand, um die Arbeit zu berechnen.
9. 9 Berechnen Sie die entsprechende Kraft. In unserem Beispiel zieht nur ein Bruchteil der Gesamtkraft den Schlitten nach vorne. Da das Seil nach oben gerichtet ist (schräg zur Horizontalen), versucht ein anderer Teil der Gesamtkraft den Schlitten anzuheben. Berechnen Sie daher die Kraft, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung übereinstimmt.
   • In unserem Beispiel beträgt der Winkel θ (zwischen Boden und Seil) 30°.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Finden Sie diesen Wert mit einem Taschenrechner; Stellen Sie die Winkeleinheit im Rechner auf Grad ein.
   • Multiplizieren Sie die Gesamtkraft mit cosθ. In unserem Beispiel: 10 x 0,866 = 8,66 N - das ist eine Kraft, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung übereinstimmt.
10. 10 Multiplizieren Sie die entsprechende Kraft mit dem Abstand, um die Arbeit zu berechnen. In unserem Beispiel: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Methode 2 von 5: Berechnen Sie die Energie (J) aus einer gegebenen Leistung (W)

1. 1 Kraft und Energie. Leistung wird in Watt (W) gemessen und beschreibt die Änderungs-, Umwandlungs-, Übertragungs- oder Verbrauchsrate von Energie, die in Joule (J) gemessen wird.Um die Energie (J) für eine gegebene Leistung (W) zu berechnen, müssen Sie die Zeitdauer kennen.
2. 2 Um die Energie (J) zu berechnen, multiplizieren Sie die Leistung (W) mit der Zeit (s). Ein Gerät mit einer Leistung von 1 W verbraucht 1 J Energie pro 1 s. Berechnen wir zum Beispiel die Energie, die eine 60-W-Glühbirne 120 Sekunden lang verbraucht: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Diese Formel ist für jede in Watt gemessene Leistung richtig, wird jedoch am häufigsten bei Aufgaben mit Elektrizität verwendet.

Methode 3 von 5: Berechnung der kinetischen Energie (J)

1. 1 Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie. Sie kann in Joule (J) ausgedrückt werden.
   • Die kinetische Energie entspricht der Arbeit, die verrichtet wird, um einen ruhenden Körper auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit bleibt die kinetische Energie des Körpers konstant, bis sie in Wärme (durch Reibung), potentielle Gravitationsenergie (bei Bewegung gegen die Schwerkraft) oder andere Energiearten umgewandelt wird.
2. 2 Finden Sie Ihr Körpergewicht. Berechnen Sie beispielsweise die kinetische Energie eines Fahrrads und eines Radfahrers. Der Radfahrer wiegt 50 kg und das Fahrrad wiegt 20 kg, was bedeutet, dass das Gesamtkörpergewicht 70 kg beträgt (betrachten Sie das Fahrrad und den Radfahrer als einen Körper, da sie sich in dieselbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit bewegen).
3. 3 Berechnen Sie die Geschwindigkeit. Wenn im Problem die Geschwindigkeit angegeben ist, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort; Berechnen Sie es andernfalls mit einer der folgenden Methoden. Beachten Sie, dass die Richtung der Geschwindigkeit hier vernachlässigbar ist; Nehmen wir außerdem an, der Radfahrer fährt geradeaus.
   • Wenn der Radfahrer mit konstanter Geschwindigkeit (keine Beschleunigung) gefahren ist, messen Sie die zurückgelegte Strecke (m) und teilen Sie sie durch die Zeit (s), die für diese Strecke benötigt wurde. Dadurch erhalten Sie eine Durchschnittsgeschwindigkeit.
   • Wenn der Radfahrer beschleunigt hat und sich der Beschleunigungswert und die Bewegungsrichtung nicht geändert haben, wird die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt t nach der Formel berechnet: Beschleunigung x t + Anfangsgeschwindigkeit. Die Zeit wird in Sekunden gemessen, die Geschwindigkeit in m / s, die Beschleunigung in m / s.
4. 4 Setze die Werte in die Formel ein. Kinetische Energie = (1/2) mv, wobei m die Masse und v die Geschwindigkeit ist. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit eines Radfahrers 15 m / s beträgt, dann ist seine kinetische Energie K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • Die Formel zur Berechnung der kinetischen Energie ergibt sich aus der Definition der Arbeit (W = FΔs) und der kinematischen Gleichung (v = v₀ + 2aΔs, wobei Δs die zurückgelegte Strecke ist).

Methode 4 von 5: Berechnung der Wärmemenge (J)

1. 1 Finden Sie die Masse des erhitzten Körpers. Verwenden Sie dazu eine Unruh- oder Federwaage. Wenn der Körper eine Flüssigkeit ist, wiegen Sie zuerst den leeren Behälter (in den Sie die Flüssigkeit gießen), um seine Masse zu ermitteln. Ziehen Sie nach dem Wiegen der Flüssigkeit die Masse des leeren Behälters von diesem Wert ab, um die Masse der Flüssigkeit zu ermitteln. Betrachten Sie zum Beispiel Wasser mit einem Gewicht von 500 g.
   • Damit das Ergebnis in Joule gemessen werden kann, muss die Masse in Gramm gemessen werden.
2. 2 Finden Sie die spezifische Wärme des Körpers. Es kann in einem Chemie-, Physik-Lehrbuch oder im Internet gefunden werden. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,19 J / g.
   • Die spezifische Wärme variiert geringfügig mit Temperatur und Druck. Zum Beispiel beträgt die spezifische Wärmekapazität von Wasser in einigen Quellen 4,18 J / g (da verschiedene Quellen unterschiedliche Werte der "Referenztemperatur" wählen).
   • Die Temperatur kann in Grad Kelvin oder Celsius gemessen werden (da der Unterschied zwischen den beiden Temperaturen gleich ist), aber nicht in Grad Fahrenheit.
3. 3 Finden Sie Ihre Ausgangskörpertemperatur. Wenn der Körper flüssig ist, verwenden Sie ein Thermometer.
4. 4 Erhitzen Sie den Körper und finden Sie seine Endtemperatur. Auf diese Weise können Sie die Wärmemenge ermitteln, die beim Erhitzen auf den Körper übertragen wird.
   • Wenn Sie die in Wärme umgewandelte Gesamtenergie ermitteln möchten, betrachten Sie die anfängliche Körpertemperatur als den absoluten Nullpunkt (0 Kelvin oder -273,15 Celsius). Dies trifft in der Regel nicht zu.
5. 5 Ziehen Sie die Anfangstemperatur von der Endtemperatur ab, um die Änderung der Körpertemperatur zu ermitteln. Zum Beispiel wird Wasser von 15 Grad Celsius auf 35 Grad Celsius erhitzt, d.h. die Änderung der Wassertemperatur beträgt 20 Grad Celsius.
6. 6 Multiplizieren Sie das Körpergewicht, seine spezifische Wärme und die Änderung der Körpertemperatur. Formel: H = mcΔT, wobei ΔT die Temperaturänderung ist. In unserem Beispiel: 500 x 4,19 x 20 = 41.900 J
   • Wärme wird manchmal in Kalorien oder Kilokalorien gemessen. Kalorien sind die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhöhen; Kilokalorien ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 kg Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen. Im obigen Beispiel würden 10.000 Kalorien oder 10 kcal benötigt, um die Temperatur von 500 Gramm Wasser um 20 Grad Celsius zu erhöhen.

Methode 5 von 5: Berechnung der elektrischen Energie (J)

1. 1 Diese beschreibt ein Verfahren zur Berechnung des Energieflusses in einem Stromkreis. Es wird ein praktisches Beispiel gegeben, anhand dessen man physikalische Probleme lösen kann. Berechnen wir zunächst die Leistung nach der Formel P = I x R, wobei I die Stromstärke (A), R der Widerstand (Ohm) ist. Sie finden die Leistung (W), mit der Sie die Energie (J) berechnen können (siehe zweites Kapitel).
2. 2 Nimm einen Widerstand. Der Widerstandswert (Ohm) des Widerstandes wird durch eine Zahl oder eine farbcodierte Markierung angezeigt. Sie können den Widerstand des Widerstands auch bestimmen, indem Sie ihn an ein Ohmmeter oder Multimeter anschließen. Nehmen wir zum Beispiel einen 10-Ohm-Widerstand.
3. 3 Verbinden Sie den Widerstand mit der Stromquelle. Verwenden Sie dazu Krokodilklemmen oder einen Experimentierständer mit Stromkreis.
4. 4 Lassen Sie für eine bestimmte Zeit einen Strom durch den Stromkreis. Tun Sie dies beispielsweise 10 Sekunden lang.
5. 5 Bestimmen Sie die Stromstärke. Verwenden Sie dazu ein Amperemeter oder Multimeter. Der Strom beträgt beispielsweise 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Berechnen Sie die Leistung (W) mit der Formel P = I x R. In unserem Beispiel: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multipliziere Kraft und Zeit, um Energie zu finden (J). In unserem Beispiel: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Da 1 Joule ein kleiner Wert ist und die Leistung von Elektrogeräten in Watt, Milliwatt und Kilowatt angegeben wird, wird Energie im Wohnungs- und Kommunalbereich meist in Kilowattstunden gemessen. Wenn 1 W = 1 J / s, dann 1 J = 1 W s; wenn 1 kW = 1 kJ / s, dann 1 kJ = 1 kW s. Da 1 h = 3600 s, dann 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Tipps

• Bei SI werden Energie und Arbeit auch in Erg gemessen. 1 erg = 1 dyne (Maßeinheit der Kraft) x 1 cm 1 J = 10.000.000 erg.

Warnungen

• Joule und Newtonmeter sind Maßeinheiten für die Arbeit. Joule messen die Energie und die Arbeit, die geleistet wird, wenn sich ein Körper geradlinig bewegt. Wenn sich der Körper dreht, ist die Maßeinheit Newtonmeter.

Was brauchst du

Arbeit und kinetische Energie:

• Stoppuhr oder Timer
• Waage
• Kosinusrechner

Elektrische Energie:

• Widerstand
• Drähte oder Versuchsstand
• Multimeter (oder Ohmmeter und Amperemeter)
• Krokodilklemmen

Wärmemenge:

• Beheizter Körper
• Wärmequelle (z.B. Brenner)
• Thermometer
• Handbuch zur Bestimmung der spezifischen Wärme eines erhitzten Körpers