Contente

• Dar um passo
• Método 1 de 4: Calcular trabalho em joules
• Método 2 de 4: Calculando a energia cinética em joules
• Método 3 de 4: Calculando o Joule como energia elétrica
• Método 4 de 4: Calculando o calor em joules
• Pontas
• Avisos
• Necessidades

O joule (J), em homenagem ao físico inglês James Edward Joule, é uma das unidades mais importantes do Sistema Métrico Internacional. O joule é utilizado como unidade de trabalho, energia e calor e é amplamente utilizado na ciência. Se você quiser que sua resposta seja em joules, sempre use as unidades científicas padrão.

Dar um passo

Método 1 de 4: Calcular trabalho em joules

1. A definição de trabalho. Trabalho é definido como uma força constante aplicada a um objeto para movê-lo a uma certa distância. Se não for aplicada mais de uma força, ela pode ser calculada como potência X distância, e pode ser escrito em unidades de joules (equivalente a um "metro de Newton"). Em nosso primeiro exemplo, pegamos uma pessoa que deseja adicionar um peso do chão à altura do peito e calculamos quanto trabalho essa pessoa fez.
   • A força deve ser aplicada na direção do movimento. Ao segurar um objeto e caminhar para a frente, nenhum trabalho é feito no objeto, porque você não está empurrando o objeto na direção de seu movimento.
2. Determine a massa do objeto que está sendo movido. A massa de um objeto é necessária para calcular a força necessária para movê-lo. Em nosso exemplo, afirmamos que o peso tem uma massa de 10 kg.
   • Não use libras ou outras unidades que não sejam padrão ou a resposta final não será em joules.
3. Calcule a força. Força = massa x aceleração. Em nosso exemplo, levantando um peso diretamente para cima, a aceleração que estamos tentando superar é igual à gravidade, 9,8 m / s para baixo. Calcule a força necessária para levantar o peso usando (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newtons (N).
   • Se o objeto for movido horizontalmente, a gravidade é irrelevante. Em vez disso, o problema pode solicitar que você calcule a força necessária para superar a resistência ao atrito. Se for dada a aceleração do objeto quando ele é empurrado, você pode multiplicar a aceleração dada pela massa.
4. Meça a distância que o objeto está sendo movido. Neste exemplo, assumimos que o peso é levantado 1,5 metros (m). A distância deve ser medida em metros, caso contrário, a resposta final não pode ser registrada em Joules.
5. Multiplique a força pela distância. Para levantar um peso de 98 Newton 1,5 metros, você terá que fazer 98 x 1,5 = 147 Joules de trabalho.
6. Calcule a mão-de-obra para objetos que se movem em ângulo. Nosso exemplo acima era simples: alguém aplicou uma força para cima no objeto e o objeto subiu. Às vezes, a direção da força e o movimento do objeto não são exatamente os mesmos, porque múltiplas forças agem sobre o objeto. No exemplo a seguir, vamos calcular quantos Joules são necessários para arrastar um trenó 25 metros pela neve puxando uma corda presa ao trenó em um ângulo de 30º com a horizontal. O seguinte é válido: trabalho = força x cos (θ) x distância. O "símbolo" é a letra grega "theta" e representa o ângulo entre a direção da força e a direção do movimento.
7. Determine a força total aplicada. Neste problema, dizemos que alguém puxa a corda com uma força de 10 Newtons.
   • Se uma força "para a direita", "para cima" ou "na direção do movimento" já foi fornecida, "força x cos (") "é o calculado e você pode prosseguir para multiplicar os valores.
8. Calcule a força relevante. Apenas parte da força puxa a carruagem para a frente. Como a corda está inclinada, a força restante tenta levantar o carro, neutralizando a gravidade. Calcule a força na direção do movimento:
   • Em nosso exemplo, o ângulo θ entre o solo e a corda é de 30º.
   • Calcule cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = aproximadamente 0,866. Você pode usar uma calculadora para encontrar esse valor, mas certifique-se de que sua calculadora use a unidade correta em que o ângulo é especificado (graus ou radianos).
   • Multiplique a força total x cos (θ). Em nosso exemplo, 10N x 0,866 = 8,66 N na direção do movimento.
9. Multiplique força x distância. Agora que sabemos quanta força está sendo aplicada na direção do movimento, podemos calcular o trabalho normalmente. Nosso problema nos diz que a carruagem foi rebocada 20 metros para a frente, então calculamos 8,66 N x 20 m = 173,2 joules de trabalho.

Método 2 de 4: Calculando a energia cinética em joules

1. Compreenda alguma energia cinética. A energia cinética é a quantidade de energia na forma de movimento. Como acontece com qualquer forma de energia, pode ser expressa em Joules.
   • A energia cinética é igual à quantidade de trabalho realizado para acelerar um objeto estacionário a uma determinada velocidade. Uma vez que essa velocidade é alcançada, o objeto retém aquela quantidade de energia cinética até que a energia seja convertida em calor (por fricção), energia gravitacional (indo contra a gravidade) ou outros tipos de energia.
2. Determine a massa do objeto. Por exemplo, podemos medir a energia cinética de uma bicicleta e de um ciclista. Suponha que o ciclista tenha uma massa de 50 kg e a bicicleta de 20 kg. Isso soma uma massa total m de 70 kg. Agora podemos tratá-los juntos como 1 objeto de 70 kg, porque eles se movem juntos na mesma velocidade.
3. Calcule a velocidade. Se você já sabe a velocidade do ciclista ou a velocidade do vetor, anote e siga em frente. Se você ainda precisar calcular isso, use um dos métodos abaixo. Isso se refere à velocidade, não à velocidade do vetor (que é a velocidade em uma determinada direção), embora a letra seja frequentemente v usado para velocidade. Ignore quaisquer curvas que o ciclista fizer e finja que toda a distância está em linha reta.
   • Se o ciclista estiver se movendo a uma velocidade constante (sem aceleração), meça a distância que o ciclista percorreu e divida pelo número de segundos que levou para percorrer essa distância. Isso calcula a velocidade média, que neste cenário é igual à velocidade em qualquer momento.
   • Se o ciclista está se movendo em uma aceleração constante e não muda de direção, calcule sua velocidade no momento t com a fórmula 'velocidade (tempo t) = (aceleração) (t) + velocidade inicial. O tempo está em segundos, a velocidade em metros / segundo e a aceleração em m / s.
4. Insira os seguintes números na fórmula a seguir. Energia cinética = (1/2)m "v. Por exemplo, se o ciclista está se movendo a uma velocidade de 15 m / s, sua energia cinética é 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 joules.
   • A fórmula para a energia cinética pode ser derivada da definição de trabalho, W = FΔs, e a equação v = v₀ + 2aΔs. Δs refere-se a "deslocamento" ou também a distância percorrida.

Método 3 de 4: Calculando o Joule como energia elétrica

1. Calcule a energia usando potência x tempo. A potência é definida como a energia consumida por unidade de tempo, então podemos calcular a energia consumida pela potência vezes a unidade de tempo. Isso é útil ao medir a potência em watts, porque 1 watt = 1 Joule / segundo. Para descobrir quanta energia uma lâmpada incandescente de 60 W usa em 120 segundos, multiplique o seguinte: (60 watts) x (120 segundos) = 7200 joules.
   • Essa fórmula pode ser usada para qualquer tipo de potência, medida em watts, mas a eletricidade é a mais óbvia.
2. Use as etapas abaixo para calcular o fluxo de energia em um circuito elétrico. As etapas abaixo são descritas como um exemplo prático, mas você também pode usar este método para entender problemas de física teórica. Primeiro, calculamos a potência P usando a fórmula P = I x R, onde I é a corrente em amperes e R é a resistência em ohms. Essas unidades nos fornecem a potência em watts, portanto, a partir deste ponto, podemos aplicar a fórmula usada na etapa anterior para calcular a energia em joules.
3. Escolha um resistor. Os resistores são indicados em ohms, com seus valores indicados diretamente no resistor, ou indicados por uma série de anéis coloridos. Você também pode testar uma resistência com um ohmímetro ou multímetro. Neste exemplo, assumimos que a resistência que estamos usando é de 10 ohms.
4. Conecte o resistor a uma fonte de energia (bateria). Use grampos para isso ou coloque o resistor em um circuito de teste.
5. Deixe uma corrente fluir por um determinado período de tempo. Neste exemplo, consideramos 10 segundos como unidade de tempo.
6. Meça a força da corrente. Você faz isso com um medidor de fluxo ou multímetro. A maior parte da corrente doméstica é em miliamperes, então presumimos que a corrente seja de 100 miliamperes, ou 0,1 amperes.
7. Use a fórmula P = I x R. Agora, para encontrar a potência, você multiplica o quadrado da potência da corrente pela resistência. Isso dá a você a potência deste circuito em watts. O quadrado de 0,1 dá 0,01. Multiplique isso por 10 e você terá uma potência de saída de 0,1 watts ou 100 miliwatts.
8. Multiplique a potência pelo tempo decorrido. Isso fornece a energia em joules. 0,1 watts x 10 segundos é igual a 1 joule de energia elétrica.
   • Como o Joule é uma unidade pequena e como o consumo de energia dos aparelhos geralmente é indicado em watts, miliwatts e quilowatts, muitas vezes é mais conveniente calcular o número de kWh (quilowatt-hora) consumidos por um dispositivo. 1 watt é igual a 1 joule por segundo, ou 1 joule é igual a 1 watt segundo; um kilowatt é igual a 1 kilojoule por segundo e um kilojoule é igual a 1 kilowatt segundo. Existem 3.600 segundos em uma hora, então 1 quilowatt-hora é igual a 3.600 quilowatt-segundos, 3.600 quilojoules ou 3.600.000 joules.

Método 4 de 4: Calculando o calor em joules

1. Determine a massa do objeto ao qual o calor é adicionado. Use uma balança ou balança para isso. Se o objeto for um líquido, primeiro pese o recipiente vazio para onde o líquido irá. Você terá que subtrair isso da massa do recipiente e do líquido juntos para encontrar a massa do líquido. Neste exemplo, assumimos que o objeto é 500 gramas de água.
   • Use gramas, não outra unidade, caso contrário, o resultado não será dado em Joules.
2. Determine o calor específico do objeto. Essas informações podem ser encontradas nos livros de referência de química da binas, mas você também pode encontrá-las online. Este é o calor específico para água c é igual a 4,19 joules por grama para cada grau Celsius - ou 4,1855, se você quiser ser muito preciso.
   • O calor específico varia ligeiramente dependendo da temperatura e pressão. Diferentes organizações e livros didáticos usam diferentes "temperaturas padrão", então você pode encontrar até 4.179 para o calor específico da água.
   • Você também pode usar Kelvin em vez de Celsius, porque 1 grau é igual para ambos os pratos (aquecer algo com 3ºC é o mesmo que com 3 Kelvin). Não use Fahrenheit ou o resultado não será fornecido em Joules.
3. Determine a temperatura atual do objeto. Se o objeto for um líquido, você pode usar um termômetro normal (de mercúrio). Para outros objetos, você pode precisar de um termômetro com uma sonda.
4. Aqueça o objeto e meça a temperatura novamente. Isso permite medir a quantidade de calor que foi adicionado a um objeto durante o aquecimento.
   • Se você quiser saber a quantidade total de energia armazenada na forma de calor, pode fingir que a temperatura inicial era zero absoluto: 0 Kelvin ou -273,15ºC.
5. Subtraia a temperatura original da temperatura após o aquecimento. Isso dá ao resultado a mudança na temperatura do objeto. Assumindo que a água estava inicialmente a 15 graus Celsius e depois de aquecida a 35 graus Celsius, a mudança na temperatura é, portanto, de 20 graus Celsius.
6. Multiplique a massa do objeto pelo calor específico e a mudança na temperatura. Você escreve esta fórmula como H =mcΔT., onde ΔT representa a "mudança de temperatura". Neste exemplo, isso se torna 500g x 4,19 x 20 = 41.900 joules.
   • O calor é geralmente expresso em calorias ou quilocalorias. Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para fazer 1 grama de água aumentar de temperatura em 1 grau Celsius, enquanto uma quilocaloria (ou caloria) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 quilograma de água em 1 grau Celsius . No exemplo acima, aumentar a temperatura de 500 gramas de água em 20 graus Celsius requer 10.000 calorias ou 10 quilocalorias.

Pontas

• Relacionado ao joule está outra unidade de trabalho e energia chamada erg; 1 erg é igual a 1 força dina vezes uma distância de 1 cm. Um joule é igual a 10.000.000 erg.

Avisos

• Embora os termos "joule" e "metro newton" se refiram à mesma unidade, na prática o "joule" é utilizado para indicar qualquer forma de energia e para trabalhos realizados em linha reta, como no exemplo de subir escadas acima. Quando usado para calcular o torque (força em um objeto em rotação), preferimos o termo "medidor de Newton".

Necessidades

Calculando Trabalho ou Energia Cinética:

• Cronômetro ou cronômetro
• Libra ou equilíbrio
• Calculadora com função cosseno (apenas para trabalho, nem sempre necessária)

Calculando energia elétrica:

• Resistência
• Fios ou uma placa de teste
• Multímetro (ou um ohmímetro e um medidor de corrente)
• Fahnestock ou pinças de crocodilo

Aquecer:

• Objeto a ser aquecido
• Fonte de calor (como um bico de Bunsen)
• Termômetro (um termômetro líquido ou termômetro com uma sonda)
• Referência química / química (para encontrar o calor específico do objeto sendo aquecido)