Величина, що вимірюється в джоулях, є однією з основних у фізиці. Джоуль (Дж) - це одиниця вимірювання енергії та роботи в системі міжнародної системи одиниць (СІ).
Джоуль вимірює кількість роботи або енергії, що виробляється або споживається в системі. Енергія поширюється в різних формах: Механічна, теплова, електрична, хімічна та інші. Тому джоуль може вимірюватися в широкому діапазоні фізичних явищ і процесів.
Формула для розрахунку енергії або роботи в джоулях проста: E = f * d * cosα, де E - енергія або робота в джоулях, F - сила, що діє на об'єкт, d - відстань, на яке сила діє, α - кут між напрямками сили і переміщення об'єкта.
Наприклад, якщо ми застосуємо силу 10 Н (ньютонів) до об'єкта і просунемо його на відстань 5 метрів, робота, виконана на цьому об'єкті, буде дорівнює 50 джоулів.
Що вимірюється в джоулях у фізиці
Джоуль-це міра енергії, що передається роботою або теплом. Він дозволяє вимірювати не тільки механічну роботу, а й енергію, пов'язану з різними процесами. Джоулі використовуються в різних галузях фізики, включаючи механіку, електрику, теплопередачу та термодинаміку.
Формула для вимірювання енергії в джоулях пов'язана з роботою і силою. Відомо, що робота дорівнює добутку сили на відстань:
Робота (у джоулях) = Сила (у ньютонах) × відстань (у метрах)
Наприклад, якщо на тіло діє сила в 10 ньютонів і воно зміщується на 5 метрів, то робота, досконала цією силою, буде дорівнює 50 джоулям.
Також, джоулі дозволяють вимірювати енергію в різних формах, таких як кінетична енергія рухомого об'єкта, потенційна енергія, хімічна енергія та інші. Вони є універсальною одиницею вимірювання у фізиці і дозволяють порівнювати та оцінювати енергетичні процеси та явища.
Формула та приклади
W = F * d
Таким чином, робота вимірюється в джоулях. Наприклад, якщо сила дорівнює 10 Н і тіло пересувається на відстань 5 м, то робота дорівнює:
W = 10 Н * 5 м = 50 Дж
Якщо ж сила вимірюється в кілоньютонах (кН), а відстань в кілометрах (км), то роботу потрібно привести до джоулів, помноживши результат на відповідні коефіцієнти: 1 кН = 1000 Н, 1 км = 1000 м.
Наприклад, якщо сила дорівнює 15 кН, а відстань становить 3 км, то роботу можна виразити наступним чином:
W = 15 кН * 3 км * 1000 Н/кН * 1000 м/км = 45 000 000 Дж = 45 МДж
Таким чином, формула для обчислення роботи і енергії у фізиці і приклади їх вимірювання в джоулях дозволяють зручно і точно визначити значення фізичного поняття "робота" в різних ситуаціях.
Кінетична енергія
Формула для розрахунку кінетичної енергії виглядає наступним чином:
Кінетична енергія (E) = 1/2 * маса (m) * швидкість (v)^2
Кінетична енергія вимірюється в джоулях (Дж) в системі міжнародних одиниць.
Для прикладу, розглянемо рух автомобіля масою 1000 кг зі швидкістю 20 м / з:
Е = 1/2 * 1000 кг * (20 м/сек)^2 = 200000 Дж
Таким чином, кінетична енергія автомобіля становить 200000 джоулів.
Потенційна енергія
Формула для обчислення потенційної енергії залежить від конкретної ситуації. Наприклад, для об'єкта, піднятого на висоту над поверхнею Землі, потенційна енергія обчислюється за формулою:
ПЕ = маса × прискорення вільного падіння × висота
- ПЕ - потенційна енергія (у джоулях);
- маса - маса об'єкта (в кілограмах);
- прискорення вільного падіння - приблизне значення 9,8 м / с2 на поверхні Землі;
- висота - висота, на яку було піднято об'єкт (у метрах).
Таким чином, якщо об'єкт масою 10 кг піднімається на висоту 5 метрів, його потенційна енергія буде дорівнює:
ПЕ = 10 кг × 9,8 м / с2 × 5 м = 490 Дж
Потенційна енергія може бути перетворена в інші форми енергії, наприклад, в кінетичну енергію, коли об'єкт знаходиться в русі. Вивчення потенційної енергії дозволяє зрозуміти, як енергія зберігається і перетворюється в різних фізичних процесах.
Робота і потужність
Робота (W) = Сила ( F) * відстань (d) * cos (θ)
- Робота (W) вимірюється в джоулях (Дж)
- Сила (F) вимірюється в ньютонах (Н)
- Відстань (d) вимірюється в метрах (м)
- θ представляє кут між напрямком сили і напрямком переміщення об'єкта
Приклад розрахунку роботи:
Уявімо ситуацію, коли людина силою 50 Н переміщує ящик на відстань 5 м.припустимо, що кут між силою і напрямком переміщення об'єкта дорівнює 30 градусам.
Робота можна розрахувати за формулою:
Робота (W) = 50 Н * 5 м * cos (30°)
Виходячи зі значення косинуса 30° (приблизно дорівнює 0,866), можна обчислити роботу:
Робота (W) ≈ 50 Н * 5 м * 0,866 ≈ 216,5 Дж
Таким чином, робота, здійснена людиною при переміщенні ящика, становить приблизно 216,5 джоулів.
У фізиці також використовується поняття потужності, яке показує швидкість виконання роботи. Потужність вимірюється у ватах (Вт). Формула для розрахунку потужності виглядає наступним чином:
Потужність (P) = робота (W) / час (t)
- Потужність (P) вимірюється у ватах (Вт)
- Робота (W) вимірюється в джоулях (Дж)
- Час (t) вимірюється в секундах (C)
Приклад розрахунку потужності:
Припустимо, що людина виконує роботу в прикладі вище (216,5 Дж) за 2 секунди.
Потужність можна розрахувати за формулою:
Потужність (P) = 216,5 Дж / 2 з
Потужність (P) = 108,25 Вт
Таким чином, потужність, з якою людина здійснює роботу при переміщенні ящика, становить 108,25 ватт.
Теплова енергія
Теплова енергія виникає в результаті руху молекул і атомів речовини, а також за рахунок різниці температур між об'єктами. Передача теплової енергії відбувається за допомогою теплопровідності, конвекції та випромінювання.
Теплова енергія може перетворюватися в інші види енергії, такі як механічна, електрична або Хімічна, і навпаки.
Приклади теплової енергії:
- Гаряча кружка кави містить теплову енергію, яка передається навколо через кухоль і навколишнє середовище.
- Водяний котел перетворює теплову енергію гарячого палива в механічну енергію обертання турбіни, яка в свою чергу може використовуватися для виробництва електроенергії.
- Сонячні панелі перетворюють енергію сонячного випромінювання в теплову енергію, яку можна використовувати для нагрівання або виробництва електроенергії.
Теплова енергія відіграє важливу роль у багатьох фізичних та хімічних процесах і має широкий спектр застосувань у повсякденному житті та різних галузях промисловості.