Cómo calcular julios

Video: Exponential equations - Exercises 1 and 2

Contenido

Pasos
Método 1 de 5: Cálculo del trabajo (J)
Método 2 de 5: Calcule la energía (J) a partir de una potencia dada (W)
Método 3 de 5: Calcular la energía cinética (J)
Método 4 de 5: Cálculo de la cantidad de calor (J)
Método 5 de 5: Cálculo de energía eléctrica (J)
Consejos
Advertencias
Qué necesitas

El joule (J) es una de las unidades más importantes del Sistema Internacional de Unidades (SI). Los julios miden el trabajo, la energía y el calor. Para representar el resultado final en julios, use unidades SI.Si se dan otras unidades de medida en la tarea, conviértalas a unidades de medida del Sistema Internacional de Unidades.

Pasos

Método 1 de 5: Cálculo del trabajo (J)

1 El concepto de trabajo en física. Si mueves la caja, terminas el trabajo. Si levanta la caja, habrá hecho el trabajo. Para que se realice el trabajo, se deben cumplir dos condiciones:
- Estás aplicando una fuerza constante.
- Bajo la acción de la fuerza aplicada, el cuerpo se mueve en la dirección de la acción de la fuerza.
2 Calcule el trabajo. Para hacer esto, multiplique la fuerza y la distancia (por la que se movió el cuerpo). En SI, la fuerza se mide en newtons y la distancia en metros. Si usa estas unidades, el trabajo resultante se medirá en julios.
- Al resolver problemas, determine la dirección de la fuerza aplicada. Al levantar la caja, la fuerza se dirige de abajo hacia arriba, pero si toma la caja en sus manos y camina una cierta distancia, entonces no hará el trabajo; está aplicando fuerza para que la caja no se caiga, pero esta fuerza no mueve la caja.
3 Calcula tu peso corporal. Es necesario calcular la fuerza que se debe aplicar para mover el cuerpo. Considere un ejemplo: calcule el trabajo realizado por un atleta al levantar (del piso al pecho) una barra que pesa 10 kg.
- Si el problema contiene unidades de medida no estándar, conviértalas a unidades SI.
4 Calcula la fuerza. Fuerza = masa x aceleración. En nuestro ejemplo, tenemos en cuenta la aceleración de la gravedad, que es igual a 9,8 m / s. La fuerza que debe aplicarse para mover la barra hacia arriba es 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
- Si el cuerpo se mueve en un plano horizontal, ignore la aceleración debida a la gravedad. Quizás la tarea requiera calcular la fuerza requerida para superar la fricción. Si la aceleración se da en el problema, simplemente multiplíquela por la masa corporal dada.
5 Mide la distancia recorrida. En nuestro ejemplo, digamos que la barra se eleva a una altura de 1,5 m (si en el problema se dan unidades de medida no estándar, conviértalas a unidades SI).
6 Multiplica la fuerza por la distancia. Para levantar una barra que pesa 10 kg a una altura de 1,5 m, el atleta realizará un trabajo igual a 98 x 1,5 = 147 J.
7 Calcula el trabajo cuando la fuerza se dirige en un ángulo. El ejemplo anterior era bastante simple: las direcciones de la fuerza y el movimiento del cuerpo coincidían. Pero en algunos casos, la fuerza se dirige en ángulo con la dirección de viaje. Considere un ejemplo: calcule el trabajo realizado por un niño que tira de un trineo a 25 m con una cuerda que está a 30 grados de la horizontal. En este caso trabajo = fuerza x coseno (θ) x distancia. El ángulo θ es el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del movimiento.
8 Encuentre la fuerza total aplicada. En nuestro ejemplo, digamos que el niño aplica una fuerza igual a 10 N.
- Si el problema dice que la fuerza se dirige hacia arriba, o hacia la derecha / izquierda, o su dirección coincide con la dirección del movimiento del cuerpo, entonces para calcular el trabajo, simplemente multiplique la fuerza y la distancia.
9 Calcula la fuerza correspondiente. En nuestro ejemplo, solo una fracción de la fuerza total empuja el trineo hacia adelante. Dado que la cuerda se dirige hacia arriba (en ángulo con la horizontal), otra parte de la fuerza total está tratando de levantar el trineo. Por lo tanto, calcule la fuerza, cuya dirección coincide con la dirección del movimiento.
- En nuestro ejemplo, el ángulo θ (entre el suelo y la cuerda) es de 30º.
- cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Encuentre este valor usando una calculadora; establezca la unidad de ángulo en la calculadora en grados.
- Multiplica la fuerza total por cosθ. En nuestro ejemplo: 10 x 0,866 = 8,66 N - esta es una fuerza cuya dirección coincide con la dirección del movimiento.
10 Multiplica la fuerza correspondiente por la distancia para calcular el trabajo. En nuestro ejemplo: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Método 2 de 5: Calcule la energía (J) a partir de una potencia dada (W)

1 Poder y energía. La potencia se mide en vatios (W) y describe la tasa de cambio, conversión, transmisión o consumo de energía, que se mide en julios (J).Para calcular la energía (J) para una potencia dada (W), necesita saber la cantidad de tiempo.
2 Para calcular la energía (J), multiplique la potencia (W) por el tiempo (s). Un dispositivo con una potencia de 1 W consume 1 J de energía por cada 1 s. Por ejemplo, calculemos la energía consumida por una bombilla de 60 W durante 120 segundos: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
- Esta fórmula es válida para cualquier potencia medida en vatios, pero se usa más comúnmente en tareas que involucran electricidad.

Método 3 de 5: Calcular la energía cinética (J)

1 La energía cinética es la energía del movimiento. Puede expresarse en julios (J).
- La energía cinética es equivalente al trabajo realizado para acelerar un cuerpo estacionario a una cierta velocidad. Habiendo alcanzado una cierta velocidad, la energía cinética del cuerpo permanece constante hasta que se convierte en calor (por fricción), energía potencial gravitacional (cuando se mueve contra la gravedad) u otros tipos de energía.
2 Calcula tu peso corporal. Por ejemplo, calcule la energía cinética de una bicicleta y un ciclista. El ciclista pesa 50 kg y la bicicleta 20 kg, lo que significa que el peso corporal total es de 70 kg (considere la bicicleta y el ciclista como un solo cuerpo, ya que se moverán en la misma dirección y a la misma velocidad).
3 Calcula la velocidad. Si en el problema se indica velocidad, vaya al paso siguiente; de lo contrario, calcúlelo utilizando uno de los métodos siguientes. Tenga en cuenta que la dirección de la velocidad es insignificante aquí; además, suponga que el ciclista conduce en línea recta.
- Si el ciclista viajaba a una velocidad constante (sin aceleración), mida la distancia recorrida (m) y divídala por el tiempo (s) necesarios para cubrir esta distancia. Esto le dará una velocidad promedio.
- Si el ciclista estaba acelerando y el valor de la aceleración y la dirección del movimiento no cambiaron, entonces la velocidad en un momento dado t se calcula mediante la fórmula: aceleración x t + velocidad inicial. El tiempo se mide en segundos, la velocidad en m / s, la aceleración en m / s.
4 Inserta los valores en la fórmula. Energía cinética = (1/2) mv, donde m es masa, v es velocidad. Por ejemplo, si la rapidez de un ciclista es de 15 m / s, entonces su energía cinética 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
- La fórmula para calcular la energía cinética se deriva de la definición de trabajo (W = FΔs) y la ecuación cinemática (v = v₀ + 2aΔs, donde Δs es la distancia recorrida).

Método 4 de 5: Cálculo de la cantidad de calor (J)

1 Encuentre la masa del cuerpo calentado. Para hacer esto, use una balanza o una báscula de resorte. Si el cuerpo es un líquido, primero pese el recipiente vacío (en el que verterá el líquido) para encontrar su masa. Después de pesar el líquido, reste la masa del recipiente vacío de este valor para encontrar la masa del líquido. Por ejemplo, considere el agua que pesa 500 g.
- Para que el resultado se mida en julios, la masa debe medirse en gramos.
2 Encuentra el calor específico del cuerpo. Se puede encontrar en un libro de texto de química, física o en Internet. La capacidad calorífica específica del agua es de 4,19 J / g.
- El calor específico varía ligeramente con la temperatura y la presión. Por ejemplo, en algunas fuentes, la capacidad calorífica específica del agua es de 4,18 J / g (ya que diferentes fuentes eligen diferentes valores de la "temperatura de referencia").
- La temperatura se puede medir en grados Kelvin o Celsius (ya que la diferencia entre las dos temperaturas será la misma), pero no en grados Fahrenheit.
3 Encuentra tu temperatura corporal inicial. Si el cuerpo es líquido, use un termómetro.
4 Calienta el cuerpo y encuentra su temperatura final. De esta manera puede encontrar la cantidad de calor transferida al cuerpo cuando se calienta.
- Si desea encontrar la energía total convertida en calor, considere que la temperatura corporal inicial es cero absoluto (0 Kelvin o -273.15 Celsius). Por lo general, esto no se aplica.
5 Reste la temperatura corporal inicial de la temperatura final para encontrar el cambio en la temperatura corporal. Por ejemplo, el agua se calienta de 15 grados Celsius a 35 grados Celsius, es decir, el cambio en la temperatura del agua es de 20 grados Celsius.
6 Multiplique el peso corporal, su calor específico y el cambio en la temperatura corporal. Fórmula: H = mcΔT, donde ΔT es el cambio de temperatura. En nuestro ejemplo: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
- El calor a veces se mide en calorías o kilocalorías. Las calorías son la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado Celsius; kilocalorías es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de agua en 1 grado Celsius. En el ejemplo anterior, se necesitarían 10,000 calorías o 10 kcal para elevar la temperatura de 500 gramos de agua en 20 grados Celsius.

Método 5 de 5: Cálculo de energía eléctrica (J)

1 Esto describe un método para calcular el flujo de energía en un circuito eléctrico. Se da un ejemplo práctico sobre cuya base se pueden resolver problemas físicos. Para empezar, calculemos la potencia de acuerdo con la fórmula P = I x R, donde I es la intensidad de la corriente (A), R es la resistencia (Ohm). Encontrarás la potencia (W) con la que puedes calcular la energía (J) (ver segundo capítulo).
2 Toma una resistencia. El valor de resistencia (ohmios) de la resistencia se indica mediante un número o una marca codificada por colores. También puede determinar la resistencia de la resistencia conectándola a un ohmímetro o multímetro. Por ejemplo, tomemos una resistencia de 10 ohmios.
3 Conecte la resistencia a la fuente de corriente. Para hacer esto, use pinzas de cocodrilo o un soporte experimental con un circuito eléctrico.
4 Pase una corriente a través del circuito durante un tiempo determinado. Por ejemplo, haz esto durante 10 segundos.
5 Determina el amperaje. Para hacer esto, use un amperímetro o multímetro. Por ejemplo, la corriente es 100 mA = 0,1 A.
6 Calcula la potencia (W) usando la fórmula P = I x R. En nuestro ejemplo: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7 Multiplica el poder y el tiempo para encontrar la energía (J). En nuestro ejemplo: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
- Dado que 1 julio es un valor pequeño, y la potencia de los aparatos eléctricos se indica en vatios, milivatios y kilovatios, en el sector vivienda y comunal, la energía se suele medir en kilovatios-hora. Si 1 W = 1 J / s, entonces 1 J = 1 W ∙ s; si 1 kW = 1 kJ / s, entonces 1 kJ = 1 kW ∙ s. Dado que 1 h = 3600 s, entonces 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Consejos

En SI, la energía y el trabajo también se miden en ergios. 1 ergio = 1 dina (unidad de medida de fuerza) x 1 cm. 1 J = 10,000,000 ergio.

Advertencias

El joule y el newton metro son unidades de medida para el trabajo. Los julios miden la energía y el trabajo realizado cuando un cuerpo se mueve en línea recta. Si el cuerpo gira, la unidad de medida es newton-metro.