Contenido

• Al paso
• Método 1 de 4: Cálculo del trabajo en julios
• Método 2 de 4: Calcular la energía cinética en julios
• Método 3 de 4: Calcular el Joule como energía eléctrica
• Método 4 de 4: Calcular el calor en julios
• Consejos
• Advertencias
• Artículos de primera necesidad

El joule (J), que lleva el nombre del físico inglés James Edward Joule, es una de las unidades más importantes del Sistema Métrico Internacional. El joule se utiliza como unidad de trabajo, energía y calor y se utiliza mucho en la ciencia. Si desea que su respuesta esté en julios, utilice siempre las unidades científicas estándar.

Al paso

Método 1 de 4: Cálculo del trabajo en julios

1. La definición de trabajo. El trabajo se define como una fuerza constante aplicada a un objeto para moverlo una cierta distancia. Si no se aplica más de una fuerza, se puede calcular como energía X distancia, y se puede escribir en unidades de julios (equivalente a un "Newton metro"). En nuestro primer ejemplo, tomamos a una persona que quiere agregar un peso desde el piso hasta la altura del pecho y calculamos cuánto trabajo ha realizado esa persona.
   • La fuerza debe aplicarse en la dirección del movimiento. Al sostener un objeto y caminar hacia adelante, no se realiza ningún trabajo en el objeto, porque no lo empuja en la dirección de su movimiento.
2. Determina la masa del objeto que se mueve. La masa de un objeto es necesaria para calcular la fuerza necesaria para moverlo. En nuestro ejemplo afirmamos que el peso tiene una masa de 10 kg.
   • No use libras u otras unidades que no sean estándar o la respuesta final no estará en julios.
3. Calcula la fuerza. Fuerza = masa x aceleración. En nuestro ejemplo, al levantar un peso hacia arriba, la aceleración que estamos tratando de superar es igual a la gravedad, 9,8 m / s hacia abajo. Calcule la fuerza requerida para levantar el peso usando (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newtons (N).
   • Si el objeto se mueve horizontalmente, la gravedad es irrelevante. En cambio, el problema puede llevarlo a calcular la fuerza requerida para superar la resistencia a la fricción. Si se da cuál es la aceleración del objeto cuando se empuja, entonces puede multiplicar la aceleración dada por la masa.
4. Mide la distancia que se mueve el objeto. En este ejemplo, asumimos que el peso se eleva 1,5 metros (m). La distancia debe medirse en metros, de lo contrario la respuesta final no se puede registrar en julios.
5. Multiplica la fuerza por la distancia. Para levantar un peso de 98 Newton 1,5 metros, tendrás que hacer 98 x 1,5 = 147 Julios de trabajo.
6. Calcula el trabajo de los objetos que se mueven en ángulo. Nuestro ejemplo anterior fue simple: alguien aplicó una fuerza hacia arriba sobre el objeto y el objeto subió. A veces, la dirección de la fuerza y ​​el movimiento del objeto no son exactamente los mismos, porque múltiples fuerzas actúan sobre el objeto. En el siguiente ejemplo vamos a calcular cuántos Julios se necesitan para arrastrar un trineo 25 metros por la nieve tirando de una cuerda sujeta al trineo en un ángulo de 30º con la horizontal. Se cumple lo siguiente: trabajo = fuerza x cos (θ) x distancia. El "símbolo" es la letra griega "theta" y representa el ángulo entre la dirección de la fuerza y ​​la dirección del movimiento.
7. Determine la fuerza total aplicada. En este problema decimos que alguien tira de la cuerda con una fuerza de 10 Newtons.
   • Si ya se ha dado una fuerza "hacia la derecha", "hacia arriba" o "en la dirección del movimiento", la "fuerza x cos (") "es la calculada y puede proceder a multiplicar los valores.
8. Calcula la fuerza relevante. Solo una parte de la fuerza empuja el carro hacia adelante. Debido a que la cuerda está en ángulo, la fuerza restante intenta levantar el carro, contrarrestando la gravedad. Calcule la fuerza en la dirección del movimiento:
   • En nuestro ejemplo, el ángulo θ entre el suelo y la cuerda es de 30º.
   • Calcule cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aproximadamente 0,866. Puede usar una calculadora para encontrar este valor, pero asegúrese de que su calculadora use la unidad correcta como aquella en la que se especifica el ángulo (grados o radianes).
   • Multiplica la fuerza total x cos (θ). En nuestro ejemplo, 10N x 0.866 = 8.66 N en la dirección del movimiento.
9. Multiplica fuerza x distancia. Ahora que sabemos cuánta fuerza se está aplicando en la dirección del movimiento, podemos calcular el trabajo como de costumbre. Nuestro problema nos dice que el carro ha sido remolcado 20 metros hacia adelante, entonces calculamos 8.66 N x 20 m = 173.2 julios de trabajo.

Método 2 de 4: Calcular la energía cinética en julios

1. Comprende algo de energía cinética. La energía cinética es la cantidad de energía en forma de movimiento. Como ocurre con cualquier forma de energía, se puede expresar en julios.
   • La energía cinética es igual a la cantidad de trabajo realizado para acelerar un objeto estacionario a una cierta velocidad. Una vez que se alcanza esa velocidad, el objeto retiene esa cantidad de energía cinética hasta que esa energía se convierte en calor (por fricción), energía gravitacional (yendo en contra de la gravedad) u otros tipos de energía.
2. Determina la masa del objeto. Por ejemplo, podemos medir la energía cinética de una bicicleta y un ciclista. Suponga que el ciclista tiene una masa de 50 kg y la bicicleta tiene una masa de 20 kg. Eso se suma a una masa total metro de 70 kg. Ahora podemos tratarlos juntos como 1 objeto de 70 kg, porque se mueven juntos a la misma velocidad.
3. Calcula la velocidad. Si ya conoce la velocidad del ciclista o la velocidad vectorial, anótelo y continúe. Si aún necesita calcular esto, utilice uno de los métodos siguientes. Esto se refiere a la velocidad, no a la velocidad del vector (que es la velocidad en una determinada dirección), aunque la letra suele ser v utilizado para la velocidad. Ignore los giros que haga el ciclista y finja que toda la distancia está en línea recta.
   • Si el ciclista se mueve a una velocidad constante (sin aceleración), mida la distancia que recorrió el ciclista y divida por la cantidad de segundos que le tomó cubrir esa distancia. Esto calcula la velocidad media, que en este escenario es la misma que la velocidad en un momento dado.
   • Si el ciclista se mueve con una aceleración constante y no cambia de dirección, calcule su rapidez en ese momento. t con la fórmula "velocidad (tiempo t) = (aceleración) (t) + velocidad inicial. El tiempo está en segundos, la velocidad en metros / segundo y la aceleración en m / s.
4. Ingrese los siguientes números en la siguiente fórmula. Energía cinética = (1/2)m "v. Por ejemplo, si el ciclista se mueve a una velocidad de 15 m / s, entonces su energía cinética es K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton metros = 7875 julios.
   • La fórmula para la energía cinética se puede derivar de la definición de trabajo, W = FΔs, y la ecuación v = v₀ + 2aΔs. Δs se refiere al "desplazamiento" o también a la distancia recorrida.

Método 3 de 4: Calcular el Joule como energía eléctrica

1. Calcule la energía usando potencia x tiempo. La potencia se define como la energía consumida por unidad de tiempo, por lo que podemos calcular la energía consumida por la potencia multiplicada por la unidad de tiempo. Esto es útil cuando se mide la potencia en vatios, porque 1 vatio = 1 julio / segundo. Para saber cuánta energía usa una bombilla incandescente de 60 W en 120 segundos, multiplique lo siguiente: (60 vatios) x (120 segundos) = 7200 julios.
   • Esta fórmula se puede utilizar para cualquier tipo de potencia, medida en vatios, pero la electricidad es la más obvia.
2. Siga los pasos a continuación para calcular el flujo de energía en un circuito eléctrico. Los pasos a continuación se describen como un ejemplo práctico, pero también puede utilizar este método para comprender los problemas de física teórica. Primero, calculamos la potencia P usando la fórmula P = I x R, donde I es la corriente en amperios y R es la resistencia en ohmios. Estas unidades nos dan la potencia en vatios, por lo que a partir de este punto podemos aplicar la fórmula utilizada en el paso anterior para calcular la energía en julios.
3. Elija una resistencia. Las resistencias se indican en ohmios, con su valor indicado directamente en la resistencia, o indicado por una serie de anillos de colores. También puede probar una resistencia con un ohmímetro o multímetro. En este ejemplo, asumimos que la resistencia que estamos usando es de 10 ohmios.
4. Conecte la resistencia a una fuente de energía (batería). Utilice pinzas para esto o coloque la resistencia en un circuito de prueba.
5. Deje que una corriente fluya a través de él durante cierto tiempo. En este ejemplo, tomamos 10 segundos como unidad de tiempo.
6. Mide la fuerza de la corriente. Haz esto con un medidor de flujo o un multímetro. La mayor parte de la corriente doméstica está en miliamperios, por lo que asumimos que la corriente es de 100 miliamperios o 0,1 amperios.
7. Usa la fórmula P = I x R. Ahora, para encontrar la potencia, multiplica la potencia al cuadrado de la corriente por la resistencia. Esto le da la potencia de este circuito en vatios. El cuadrado de 0,1 da 0,01. Multiplique esto por 10 y obtendrá una potencia de salida de 0,1 vatios o 100 milivatios.
8. Multiplica la potencia por el tiempo transcurrido. Esto proporciona la energía en julios. 0,1 vatios x 10 segundos equivalen a 1 julio de energía eléctrica.
   • Debido a que el Joule es una unidad pequeña y dado que el consumo de energía de los electrodomésticos generalmente se indica en vatios, milivatios y kilovatios, a menudo es más conveniente calcular la cantidad de kWh (kilovatios hora) consumidos por un dispositivo. 1 vatio equivale a 1 julio por segundo, o 1 julio equivale a 1 vatio segundo; un kilovatio es igual a 1 kilojulio por segundo y un kilojulio es igual a 1 kilovatio segundo. Hay 3.600 segundos en una hora, por lo que 1 kilovatio-hora es igual a 3.600 kilovatios-segundo, 3.600 kilojulios o 3.600.000 julios.

Método 4 de 4: Calcular el calor en julios

1. Determine la masa del objeto al que se le agrega calor. Use una balanza o una balanza para esto. Si el objeto es un líquido, primero pese el recipiente vacío en el que entrará el líquido. Tendrá que restar esto de la masa del recipiente y el líquido juntos para encontrar la masa del líquido. En este ejemplo asumimos que el objeto tiene 500 gramos de agua.
   • Utilice gramos, no otra unidad, de lo contrario el resultado no se dará en julios.
2. Determina el calor específico del objeto. Esta información se puede encontrar en los libros de referencia de química de binas, pero también se puede encontrar en línea. Este es el calor específico del agua. C equivale a 4,19 julios por gramo por cada grado Celsius, o 4,1855, si quieres ser muy preciso.
   • El calor específico varía ligeramente según la temperatura y la presión. Diferentes organizaciones y libros de texto usan diferentes "temperaturas estándar", por lo que puede encontrar hasta 4.179 para el calor específico del agua.
   • También puedes usar Kelvin en lugar de Celsius, porque 1 grado es igual para ambos platos (calentar algo con 3ºC es lo mismo que con 3 Kelvin). No use Fahrenheit o el resultado no se dará en julios.
3. Determina la temperatura actual del objeto. Si el objeto es un líquido, puede usar un termómetro normal (de mercurio). Para otros objetos, es posible que necesite un termómetro con sonda.
4. Calienta el objeto y vuelve a medir la temperatura. Esto le permite medir la cantidad de calor que se ha agregado a un objeto durante el calentamiento.
   • Si quieres saber la cantidad total de energía almacenada en forma de calor, puedes hacer como si la temperatura inicial fuera cero absoluto: 0 Kelvin o -273,15ºC.
5. Reste la temperatura original de la temperatura después de calentar. Esto da como resultado el cambio en la temperatura del objeto. Suponiendo que el agua estaba inicialmente a 15 grados Celsius y después de calentarla a 35 grados Celsius, el cambio de temperatura es por lo tanto de 20 grados Celsius.
6. Multiplica la masa del objeto por el calor específico y el cambio de temperatura. Escribe esta fórmula como H =mcΔT., donde ΔT representa el "cambio de temperatura". En este ejemplo, esto se convierte en 500 g x 4,19 x 20 = 41,900 julios.
   • El calor se expresa generalmente en calorías o kilocalorías. Una caloría se define como la cantidad de calor requerida para hacer que 1 gramo de agua aumente la temperatura en 1 grado Celsius, mientras que una kilocaloría (o Caloría) es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 kilogramo de agua en 1 grado Celsius. . En el ejemplo anterior, elevar la temperatura de 500 gramos de agua en 20 grados Celsius requiere 10,000 calorías o 10 kilocalorías.

Consejos

• Relacionado con el joule hay otra unidad de trabajo y energía llamada ergio; 1 ergio equivale a 1 fuerza dina multiplicada por una distancia de 1 cm. Un julio es igual a 10,000,000 erg.

Advertencias

• Aunque los términos "joule" y "newton metro" se refieren a la misma unidad, en la práctica el "joule" se utiliza para indicar cualquier forma de energía y para el trabajo realizado en línea recta, como en el ejemplo de subir escaleras arriba. Cuando se utiliza para calcular el par (fuerza sobre un objeto en rotación), preferimos el término "Newton metro".

Artículos de primera necesidad

Cálculo de trabajo o energía cinética:

• Cronómetro o temporizador
• Libra o equilibrio
• Calculadora con función coseno (solo para trabajar, no siempre es necesaria)

Cálculo de energía eléctrica:

• Resistencia
• Cables o una placa de prueba
• Multímetro (o un ohmímetro y un medidor de corriente)
• Pinzas Fahnestock o cocodrilo

Calor:

• Objeto a calentar
• Fuente de calor (como un mechero Bunsen)
• Termómetro (un termómetro de líquido o un termómetro con sonda)
• Referencia química / química (para encontrar el calor específico del objeto que se calienta)