Isi

• Melangkah
• Metode 1 dari 4: Menghitung pekerjaan dalam joule
• Metode 2 dari 4: Menghitung energi kinetik dalam joule
• Metode 3 dari 4: Menghitung Joule sebagai energi listrik
• Metode 4 dari 4: Menghitung kalor dalam joule
• Tips
• Peringatan
• Kebutuhan

Joule (J), dinamai menurut ahli fisika Inggris James Edward Joule, adalah salah satu satuan terpenting dari Sistem Metrik Internasional. Joule digunakan sebagai satuan kerja, energi dan kalor dan banyak digunakan dalam sains. Jika Anda ingin jawaban Anda dalam joule, selalu gunakan satuan ilmiah standar.

Melangkah

Metode 1 dari 4: Menghitung pekerjaan dalam joule

1. Definisi persalinan. Kerja didefinisikan sebagai gaya konstan yang diterapkan pada suatu benda untuk menggerakkannya dalam jarak tertentu. Jika tidak lebih dari satu gaya diterapkan, itu dapat dihitung sebagai kekuasaan X jarak, dan dapat ditulis dalam satuan joule (setara dengan "Newton meter"). Dalam contoh pertama kita, kita mengambil seseorang yang ingin menambahkan beban dari lantai ke tinggi dada, dan kita menghitung berapa banyak pekerjaan yang telah dilakukan orang tersebut.
   • Gaya harus diterapkan ke arah gerakan. Saat memegang suatu benda dan berjalan ke depan, tidak ada pekerjaan yang dilakukan pada benda tersebut, karena Anda tidak mendorong benda tersebut ke arah gerakannya.
2. Tentukan massa benda yang akan dipindahkan. Massa suatu benda diperlukan untuk menghitung gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkannya. Dalam contoh kami, kami menyatakan bahwa berat memiliki massa 10 kg.
   • Jangan gunakan pound atau satuan lain yang tidak standar atau jawaban akhirnya tidak dalam joule.
3. Hitung gaya. Gaya = massa x percepatan. Dalam contoh kita, mengangkat beban lurus ke atas, percepatan yang coba kita atasi sama dengan gravitasi, 9,8 m / s ke bawah. Hitung gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat beban menggunakan (10 kg) x (9,8 m / s) = 98 kg m / s = 98 Newton (N).
   • Jika benda tersebut digerakkan secara horizontal, maka gravitasi menjadi tidak relevan. Sebaliknya, soal mungkin meminta Anda menghitung gaya yang dibutuhkan untuk mengatasi hambatan gesekan. Jika ditentukan percepatan benda saat didorong, maka percepatan yang diberikan dapat dikalikan dengan massa.
4. Ukur jarak perpindahan benda. Dalam contoh ini, kami mengasumsikan bahwa beban diangkat 1,5 meter (m). Jarak harus diukur dalam meter, jika tidak, jawaban akhir tidak dapat dicatat dalam Joule.
5. Kalikan gaya dengan jarak. Untuk mengangkat beban 98 Newton 1,5 meter, Anda harus melakukan pekerjaan 98 x 1,5 = 147 Joule.
6. Hitung tenaga kerja untuk benda yang bergerak pada suatu sudut. Contoh kita di atas sederhana: seseorang menerapkan gaya ke atas pada benda, dan benda itu naik. Terkadang arah gaya dan pergerakan benda tidak persis sama, karena beberapa gaya bekerja pada benda tersebut. Dalam contoh berikut, kita akan menghitung berapa Joule yang diperlukan untuk menyeret kereta luncur 25 meter melewati salju dengan menarik tali yang terpasang ke kereta luncur dengan sudut 30º ke arah horizontal. Prinsip-prinsip berikut ini berlaku: kerja = gaya x cos (θ) x jarak. "Simbol" adalah huruf Yunani "theta", dan melambangkan sudut antara arah gaya dan arah gerakan.
7. Tentukan gaya total yang diterapkan. Dalam soal ini kita katakan bahwa seseorang menarik tali dengan gaya 10 Newton.
   • Jika gaya "ke kanan", "ke atas" atau "ke arah gerak" telah diberikan, "gaya x cos (") "dihitung, dan Anda dapat melanjutkan untuk mengalikan nilainya.
8. Hitung gaya yang relevan. Hanya sebagian dari tenaga yang menarik kereta ke depan. Karena talinya mengarah ke atas, gaya yang tersisa mencoba mengangkat kereta, melawan gravitasi. Hitung gaya searah gerakan:
   • Dalam contoh kita, sudut θ antara tanah dan tali adalah 30º.
   • Hitung cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = sekitar 0,866. Anda dapat menggunakan kalkulator untuk mencari nilai ini, tetapi pastikan kalkulator Anda menggunakan satuan yang benar seperti satuan sudut yang ditentukan (derajat atau radian).
   • Kalikan gaya total x cos (θ). Dalam contoh kita, 10N x 0,866 = 8,66 N searah gerakan.
9. Kalikan gaya x jarak. Sekarang setelah kita mengetahui seberapa besar gaya yang diterapkan pada arah gerakan, kita dapat menghitung pekerjaan seperti biasa. Soal kita memberi tahu kita bahwa kereta telah ditarik 20 meter ke depan, jadi kita menghitung pekerjaan 8,66 N x 20 m = 173,2 joule.

Metode 2 dari 4: Menghitung energi kinetik dalam joule

1. Pahami beberapa energi kinetik. Energi kinetik adalah banyaknya energi yang berbentuk gerakan. Seperti semua bentuk energi, energi dapat diekspresikan dalam Joule.
   • Energi kinetik sama dengan jumlah usaha yang dilakukan untuk mempercepat benda diam hingga kecepatan tertentu. Setelah kecepatan itu tercapai, benda tersebut mempertahankan jumlah energi kinetik tersebut hingga energi tersebut diubah menjadi panas (dengan gesekan), energi gravitasi (dengan melawan gravitasi), atau jenis energi lainnya.
2. Tentukan massa benda. Misalnya, kita dapat mengukur energi kinetik sepeda dan pengendara sepeda. Misalkan pengendara sepeda memiliki massa 50 kg dan sepeda memiliki massa 20 kg. Itu menambahkan hingga total massa m dari 70 kg. Sekarang kita dapat memperlakukan mereka bersama sebagai 1 benda seberat 70 kg, karena mereka bergerak bersama pada kecepatan yang sama.
3. Hitung kecepatannya. Jika Anda sudah mengetahui kecepatan atau kecepatan vektor pengendara sepeda, tuliskan dan lanjutkan. Jika Anda masih perlu menghitungnya, gunakan salah satu metode di bawah ini. Ini menyangkut kecepatan, bukan kecepatan vektor (yang merupakan kecepatan dalam arah tertentu), meskipun hurufnya sering v digunakan untuk kecepatan. Abaikan belokan yang dibuat pengendara sepeda dan anggaplah bahwa seluruh jarak berada dalam garis lurus.
   • Jika pengendara sepeda bergerak dengan kecepatan konstan (tanpa percepatan), ukur jarak yang ditempuh pengendara sepeda dan bagi dengan jumlah detik yang dibutuhkan untuk menempuh jarak tersebut. Ini menghitung kecepatan rata-rata, yang dalam skenario ini sama dengan kecepatan pada saat tertentu.
   • Jika pengendara sepeda bergerak dengan percepatan konstan dan tidak berubah arah, hitung kecepatannya saat itu t dengan rumus 'kecepatan (waktu t) = (percepatan) (t) + kecepatan awal. Waktu dalam detik, kecepatan dalam meter / detik dan percepatan dalam m / s.
4. Masukkan angka-angka berikut dalam rumus berikut. Energi kinetik = (1/2)m "v. Misalnya, jika pengendara sepeda bergerak dengan kecepatan 15 m / s, maka energi kinetiknya adalah K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) ( 15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm / s = 7875 newton meter = 7875 joule.
   • Rumus energi kinetik dapat diturunkan dari definisi kerja, W = FΔs, dan persamaan v = v₀ + 2aΔs. Δs mengacu pada "perpindahan," atau juga jarak yang ditempuh.

Metode 3 dari 4: Menghitung Joule sebagai energi listrik

1. Hitung energi menggunakan daya x waktu. Daya didefinisikan sebagai energi yang dikonsumsi per unit waktu, sehingga kita dapat menghitung energi yang dikonsumsi dengan daya dikalikan dengan satuan waktu. Ini berguna saat mengukur daya dalam watt, karena 1 watt = 1 Joule / detik. Untuk mengetahui berapa banyak energi yang digunakan bola lampu pijar 60W dalam 120 detik, kalikan hal berikut: (60 watt) x (120 detik) = 7200 joule.
   • Rumus ini dapat digunakan untuk semua jenis daya, diukur dalam watt, tetapi listrik adalah yang paling jelas.
2. Gunakan langkah-langkah di bawah ini untuk menghitung aliran energi dalam rangkaian listrik. Langkah-langkah di bawah ini diuraikan sebagai contoh praktis, tetapi Anda juga dapat menggunakan metode ini untuk memahami masalah fisika teoretis. Pertama, kami menghitung daya P menggunakan rumus P = I x R, di mana I adalah arus dalam ampere dan R adalah hambatan dalam ohm. Satuan ini memberi kita daya dalam watt, jadi mulai saat ini kita dapat menerapkan rumus yang digunakan pada langkah sebelumnya untuk menghitung energi dalam joule.
3. Pilih resistor. Resistor ditunjukkan dalam ohm, dengan nilainya ditunjukkan langsung pada resistor, atau ditunjukkan dengan serangkaian cincin berwarna. Anda juga dapat menguji resistansi dengan ohmmeter atau multimeter. Dalam contoh ini, kami berasumsi bahwa resistansi yang kami gunakan adalah 10 ohm.
4. Hubungkan resistor ke sumber energi (baterai). Gunakan klem untuk ini atau tempatkan resistor di sirkuit uji.
5. Biarkan arus mengalir melewatinya untuk jangka waktu tertentu. Dalam contoh ini kami mengambil 10 detik sebagai satuan waktu.
6. Ukur kekuatan arus. Anda melakukan ini dengan pengukur aliran atau multimeter. Kebanyakan arus rumah tangga dalam milliamps, jadi kami asumsikan arusnya 100 milliamps, atau 0.1 amp.
7. Gunakan rumus P = I x R. Sekarang untuk mencari daya, Anda mengalikan daya kuadrat arus dengan hambatannya. Ini memberi Anda kekuatan sirkuit ini dalam watt. Kuadrat 0,1 menghasilkan 0,01. Kalikan ini dengan 10, dan Anda mendapatkan daya keluaran 0,1 watt, atau 100 miliwatt.
8. Kalikan daya dengan waktu yang telah berlalu. Ini memberikan energi dalam joule. 0,1 watt x 10 detik sama dengan 1 joule energi listrik.
   • Karena Joule adalah satuan kecil dan karena konsumsi energi peralatan biasanya ditunjukkan dalam watt, miliwatt dan kilowatt, seringkali lebih mudah untuk menghitung jumlah kWh (kilowatt jam) yang dikonsumsi oleh suatu perangkat. 1 watt sama dengan 1 joule per detik, atau 1 joule sama dengan 1 watt sekon; satu kilowatt sama dengan 1 kilowatt per detik dan satu kilojoule sama dengan 1 kilowatt sekon. Ada 3.600 detik dalam satu jam, jadi 1 kilowatt-hour sama dengan 3.600 kilowatt-detik, 3.600 kilojoule, atau 3.600.000 joule.

Metode 4 dari 4: Menghitung kalor dalam joule

1. Tentukan massa benda yang akan diberi panas. Gunakan timbangan atau timbangan untuk ini. Jika benda tersebut berupa cairan, pertama timbang wadah kosong tempat cairan tersebut akan masuk. Anda harus mengurangkan ini dari massa wadah dan cairan bersama-sama untuk mencari massa cairan. Dalam contoh ini kami mengasumsikan bahwa benda tersebut adalah 500 gram air.
   • Gunakan gram, bukan satuan lain, jika tidak hasilnya tidak akan diberikan dalam Joule.
2. Tentukan kalor jenis benda. Informasi ini dapat ditemukan di buku referensi kimia binas, tetapi Anda juga dapat menemukannya secara online. Ini adalah kalor jenis untuk air c sama dengan 4,19 joule per gram untuk setiap derajat Celcius - atau 4,1855, jika Anda ingin lebih tepatnya.
   • Panas jenis sedikit berbeda tergantung pada suhu dan tekanan. Organisasi dan buku teks yang berbeda menggunakan "suhu standar" yang berbeda, jadi Anda mungkin menemukan sebanyak 4.179 untuk kalor jenis air.
   • Anda juga dapat menggunakan Kelvin sebagai pengganti Celsius, karena 1 derajat sama untuk kedua hidangan (memanaskan sesuatu dengan 3ºC sama dengan 3 Kelvin). Jangan gunakan Fahrenheit atau hasilnya tidak akan diberikan dalam Joule.
3. Tentukan suhu benda saat ini. Jika benda tersebut berupa cairan, Anda dapat menggunakan termometer (merkuri) biasa. Untuk objek lain, Anda mungkin memerlukan termometer dengan probe.
4. Panaskan benda dan ukur suhunya lagi. Ini memungkinkan Anda mengukur jumlah panas yang telah ditambahkan ke suatu benda selama pemanasan.
   • Jika Anda ingin mengetahui jumlah total energi yang disimpan dalam bentuk panas, Anda dapat menganggap bahwa suhu awal adalah nol mutlak: 0 Kelvin atau -273.15ºC.
5. Kurangi suhu asli dari suhu setelah pemanasan. Ini memberikan hasil perubahan suhu benda. Dengan asumsi bahwa air pada awalnya 15 derajat Celcius dan setelah dipanaskan menjadi 35 derajat Celcius, maka perubahan suhunya menjadi 20 derajat Celcius.
6. Kalikan massa benda dengan kalor jenis dan perubahan suhu. Anda menulis rumus ini sebagai H =mcΔT., di mana ΔT mewakili "perubahan suhu". Dalam contoh ini, ini menjadi 500g x 4,19 x 20 = 41.900 joule.
   • Panas biasanya dinyatakan dalam kalori atau kilokalori. Kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk membuat 1 gram air naik suhu sebesar 1 derajat Celcius, sedangkan kilokalori (atau Kalori) adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kilogram air sebesar 1 derajat Celcius . Dalam contoh di atas, menaikkan suhu 500 gram air hingga 20 derajat Celcius membutuhkan 10.000 kalori atau 10 kilokalori.

Tips

• Terkait dengan joule adalah unit kerja dan energi lain yang disebut erg; 1 erg sama dengan 1 gaya dyne dikali jarak 1 cm. Satu joule sama dengan 10.000.000 erg.

Peringatan

• Meskipun istilah "joule" dan "newton meter" mengacu pada satuan yang sama, dalam praktiknya "joule" digunakan untuk menunjukkan segala bentuk energi dan untuk pekerjaan yang dilakukan dalam garis lurus, seperti dalam contoh menaiki tangga di atas. Saat digunakan untuk menghitung torsi (gaya pada benda yang berputar), kami lebih memilih istilah "Newton meter".

Kebutuhan

Menghitung Kerja atau Energi Kinetik:

• Stopwatch atau timer
• Libra atau keseimbangan
• Kalkulator dengan fungsi cosinus (hanya untuk bekerja, tidak selalu diperlukan)

Menghitung energi listrik:

• Perlawanan
• Kabel atau papan tes
• Multimeter (atau ohmmeter dan pengukur arus)
• Fahnestock atau penjepit buaya

Panas:

• Benda yang akan dipanaskan
• Sumber panas (seperti pembakar Bunsen)
• Thermometer (termometer cair atau termometer dengan probe)
• Referensi kimia / kimia (untuk mencari kalor jenis benda yang dipanaskan)