Nombrado en honor al físico británico James Edward Joule, el joule (J) es una de las unidades básicas del sistema métrico internacional. El joule se usa como unidad de trabajo, energía y calor, y se usa ampliamente en aplicaciones científicas. Si desea su respuesta en julios, asegúrese siempre de utilizar unidades científicas estándar. El pie-libra o unidad británica de calor (BTU) todavía se usa en algunos campos, pero no en su tarea de física.
Paso
Método 1 de 5: Cálculo del trabajo en julios
Paso 1. Comprender el trabajo en física
Si empuja una caja a través de una habitación, ha hecho un esfuerzo. Si levanta la caja, también ha hecho un esfuerzo. Hay dos criterios importantes que deben existir en el "negocio":
- Proporcionas un estilo estable.
- Esta fuerza hace que los objetos se muevan en la misma dirección que la fuerza.
Paso 2. Comprender la definición de empresa
El esfuerzo es fácil de calcular. Simplemente multiplique la cantidad de fuerza y la distancia total que ha viajado el objeto. Por lo general, los científicos expresan la fuerza en Newtons y la distancia en metros. Si usa estas dos unidades, la unidad de trabajo resultante es Joules.
Siempre que lea una pregunta sobre negocios, deténgase y piense dónde está el estilo. Si levanta la caja, empújela hacia arriba para que la caja se mueva hacia arriba. Entonces, la distancia que recorre la caja es qué tan alto se ha movido. Sin embargo, la próxima vez que avance con la caja, no se hará ningún esfuerzo en este proceso. Incluso si todavía está empujando la caja hacia arriba para evitar que se caiga, ya no se moverá hacia arriba
Paso 3. Encuentra la masa del objeto que se está desplazando
La masa de un objeto es necesaria para calcular la fuerza necesaria para moverlo. En nuestro ejemplo, suponga que la carga tiene una masa de 10 kilogramos (kg).
Evite el uso de libras u otras unidades no estándar, o su respuesta final no estará en julios
Paso 4. Calcula el estilo
Fuerza = masa x aceleración. En nuestro ejemplo, levantando el peso hacia arriba, la aceleración que ejercemos se debe a la gravedad, que en circunstancias normales acelera el objeto hacia abajo a 9,8 metros / seg.2. Calcule la fuerza requerida para mover nuestra carga hacia arriba multiplicando (10 kg) x (9,8 m / s2) = 98 kg m / s2 = 98 newtons (N).
Si el objeto se mueve horizontalmente, la gravedad no tiene ningún efecto. El problema puede pedirle que calcule la fuerza requerida para resistir la fricción. Si el problema le dice la aceleración de un objeto cuando es empujado, puede multiplicar la aceleración conocida por su masa
Paso 5. Mida el desplazamiento recorrido
Para este ejemplo, suponga que se eleva una carga a una altura de 1,5 metros (m). El desplazamiento debe medirse en metros, o su respuesta final no será en julios.
Paso 6. Multiplica la fuerza por el desplazamiento
Para levantar un peso de 98 newton y 1,5 metros de altura, necesita hacer 98 x 1,5 = 147 julios de trabajo.
Paso 7. Calcula el trabajo realizado para mover el objeto en un cierto ángulo
Nuestro ejemplo anterior es simple: alguien ejerce una fuerza hacia adelante sobre un objeto y el objeto se mueve hacia adelante. A veces, la dirección de la fuerza y el movimiento del objeto no son los mismos, porque hay varias fuerzas que actúan sobre el objeto. En el siguiente ejemplo, calcularemos la cantidad de julios que necesita un niño para tirar de un trineo 25 metros a través de la nieve plana tirando de la cuerda hacia arriba en un ángulo de 30º. Para este problema, trabajo = fuerza x coseno (θ) x desplazamiento. El símbolo es la letra griega theta y describe el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del movimiento.
Paso 8. Encuentre la fuerza total aplicada
Para este problema, suponga que un niño tira de una cuerda con una fuerza de 10 newtons.
Si el problema ejerce una fuerza hacia la derecha, una fuerza hacia arriba o una fuerza en la dirección del movimiento, entonces estas fuerzas ya representan la porción x coseno (θ) de la fuerza, y puede saltar y continuar multiplicando los valores.
Paso 9. Calcula la fuerza correspondiente
Solo unos pocos estilos tiran del trineo hacia adelante. Cuando la cuerda apunta hacia arriba, otra fuerza intenta tirar de ella, tirando de ella contra la gravedad. Calcule la fuerza ejercida en la dirección del movimiento:
- En nuestro ejemplo, el ángulo entre la nieve plana y la cuerda es de 30º.
- Calcule cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aproximadamente 0,866. Puedes usar una calculadora para encontrar este valor, pero asegúrate de que tu calculadora use las mismas unidades que la medida de tu ángulo (grados o radianes).
- Multiplica la fuerza total x cos (θ). En nuestro ejemplo, 10 N x 0.866 = 8.66 fuerzas en la dirección del movimiento.
Paso 10. Multiplica la fuerza x el desplazamiento
Ahora que conocemos la fuerza que avanza en la dirección del movimiento, podemos calcular el trabajo como de costumbre. Nuestro problema nos dice que el trineo avanza 20 metros, así que calcula 8,66 N x 20 m = 173,2 julios de trabajo.
Método 2 de 5: Cálculo de julios a partir de vatios
Paso 1. Comprender el poder y la energía
Watt es una unidad de potencia o tasa de uso de energía (energía dividida por tiempo). Mientras que Joule es una unidad de energía. Para convertir Watts a Julios, necesita determinar el tiempo. Cuanto más fluya la corriente eléctrica, mayor será la energía utilizada.
Paso 2. Multiplique Watts por segundos para obtener Joules
Un dispositivo de 1 vatio consumirá 1 julio de energía cada 1 segundo. Si multiplica la cantidad de Watts por segundos, obtendrá Joules. Para saber cuánta energía consume una lámpara de 60 W en 120 segundos, solo necesita multiplicar 60 vatios x 120 segundos = 7.200 julios.
Esta fórmula se puede utilizar para cualquier potencia expresada en vatios, pero generalmente en electricidad
Método 3 de 5: Calcular la energía cinética en julios
Paso 1. Comprender la energía cinética
La energía cinética es la cantidad de energía en forma de movimiento. Como otras unidades de energía, la energía cinética se puede escribir en julios.
La energía cinética es igual a la cantidad de trabajo realizado para acelerar un objeto estático a una cierta velocidad. Una vez que el objeto alcanza esa velocidad, el objeto mantendrá una cierta cantidad de energía cinética hasta que la energía se convierta en calor (por fricción), energía potencial gravitacional (por moverse contra la gravedad) u otros tipos de energía
Paso 2. Encuentra la masa del objeto
Por ejemplo, medimos la energía cinética de una bicicleta y un ciclista. Por ejemplo, el ciclista tiene una masa de 50 kg y su bicicleta tiene una masa de 20 kg, para una masa total m de 70 kg. Ahora, consideramos los dos como un objeto con una masa de 70 kg porque ambos se moverán a la misma velocidad.
Paso 3. Calcula la velocidad
Si ya conoces la velocidad o la rapidez del ciclista, escríbela y sigue adelante. Si necesita calcular la velocidad, utilice uno de los métodos siguientes. Tenga en cuenta que buscamos velocidad, no velocidad (que es la velocidad en una dirección dada), aunque la abreviatura v se usa a menudo. Ignore los giros que haga el ciclista y suponga que toda la distancia está cubierta en línea recta.
- Si el ciclista se mueve a una velocidad constante (sin acelerar), mida la distancia que recorre el ciclista en metros y divida por la cantidad de segundos que le tomará cubrir esa distancia. Este cálculo dará como resultado la velocidad promedio, que en este caso es igual a la velocidad instantánea.
- Si el ciclista experimenta una aceleración constante y no cambia de dirección, calcule su velocidad en el tiempo t usando la fórmula para la velocidad en el tiempo t = (aceleración) (t) + velocidad inicial. Use segundo para medir el tiempo, metro / segundo para medir la velocidad y m / s2 para medir la aceleración.
Paso 4. Inserte estos números en la siguiente fórmula
Energía cinética = (1/2) m v 2. Por ejemplo, si un ciclista se mueve con una rapidez de 15 m / s, su energía cinética EK = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/s2 = 7875 newton metros = 7875 julios.
La fórmula para la energía cinética se puede derivar de la definición de trabajo, W = FΔs, y la ecuación cinemática v2 = v02 + 2aΔs. s representa un cambio en la posición o la distancia recorrida.
Método 4 de 5: Calcular el calor en julios
Paso 1. Encuentra la masa del objeto que se calienta
Use una balanza o balanza de resorte para medirlo. Si el objeto es un líquido, primero mida el recipiente vacío en el que está el líquido y encuentre su masa. Debe restarlo de la masa del recipiente más el líquido para encontrar la masa del líquido. Para este ejemplo, digamos que el objeto tiene 500 gramos de agua.
Utilice gramos, no otras unidades, o el resultado no serán julios
Paso 2. Encuentra el calor específico del objeto
Esta información se puede encontrar en referencias de química, tanto en forma de libro como en línea. Para el agua, el calor específico de c es 4,19 julios por gramo por cada grado Celsius que se calienta, o 4,1855, si necesita el valor exacto.
- El calor específico real varía ligeramente según la temperatura y la presión. Diferentes organizaciones y libros de texto usan diferentes temperaturas estándar, por lo que es posible que vea el calor específico del agua en la lista como 4.179.
- Puede usar Kelvin en lugar de Celsius porque la diferencia de temperatura es la misma para ambas unidades (calentar algo a 3ºC equivale a calentar a 3 Kelvin). No use Fahrenheit, o sus resultados no estarán en julios.
Paso 3. Encuentra la temperatura inicial del objeto
Si el objeto es un líquido, puede usar un termómetro de mercurio. Para algunos artículos, es posible que necesite un termómetro de sonda.
Paso 4. Caliente el objeto y vuelva a medir la temperatura
Esto medirá la ganancia de calor del objeto durante el calentamiento.
Si desea medir la cantidad total de energía almacenada como calor, puede asumir que la temperatura inicial es cero absoluto: 0 Kelvin o -273.15ºC. Esto no es muy útil
Paso 5. Reste la temperatura inicial de la temperatura de calentamiento
Esta reducción dará como resultado un grado de cambio de temperatura en el objeto. Suponiendo que el agua estaba previamente a 15 grados Celsius y se calentó a 35 grados Celsius, la temperatura cambia a 20 grados Celsius.
Paso 6. Multiplica la masa del objeto por su calor específico y por la magnitud del cambio de temperatura
La fórmula se escribe Q = mc T, donde T es el cambio de temperatura. Para este ejemplo, sería 500 g x 4, 19 x 20 o 41,900 julios.
El calor se escribe más a menudo en el sistema métrico de calorías o kilocalorías. Una caloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado Celsius, mientras que una kilocaloría es la cantidad de calor necesaria 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 consumirá hasta 10,000 calorías o 10 kilocalorías
Método 5 de 5: Calcular julios como energía eléctrica
Paso 1. Siga los pasos a continuación para calcular el flujo de energía en un circuito eléctrico
Los pasos a continuación se enumeran como ejemplos prácticos, pero también puede usar el método para comprender problemas de física escritos. Primero, calcularemos la potencia P usando la fórmula P = I2 x R, donde I es la corriente en amperios y R es la resistencia en ohmios. Estas unidades producen potencia en vatios, por lo que a partir de aquí podemos usar la fórmula del paso anterior para calcular la energía en julios.
Paso 2. Elija una resistencia
Los resistores se miden en ohmios, con tamaños escritos directamente o representados por una colección de líneas de colores. También puede probar la resistencia de una resistencia conectándola con un ohmímetro o multímetro. Para este ejemplo, asumimos que la resistencia es de 10 ohmios.
Paso 3. Conecte la resistencia a la fuente de corriente
Puede conectar los cables a la resistencia con un Fahnestock o una pinza de cocodrilo, o puede conectar la resistencia a una placa de prueba.
Paso 4. Haga fluir corriente a través del circuito durante un cierto intervalo de tiempo
Para este ejemplo, usaremos un intervalo de 10 segundos.
Paso 5. Mida la fuerza actual
Haga esto con un amperímetro o multímetro. La mayoría de las corrientes domésticas se miden en miliamperios o miles de amperios, por lo que asumimos que la corriente es de 100 miliamperios o 0,1 amperios.
Paso 6. Usa la fórmula P = I2 x R.
Para encontrar la potencia, multiplique el cuadrado de la corriente por la resistencia. Esto da como resultado una potencia de salida en vatios. Elevar al cuadrado 0,1 da un resultado de 0,01, multiplicado por 10 da una potencia de salida de 0,1 vatios o 100 milivatios.
Paso 7. Multiplica la potencia por el tiempo transcurrido
Esta multiplicación da la producción de energía en julios. 0,1 vatios x 10 segundos es igual a 1 julio de energía eléctrica.
