المحتوى

• الصيغ
• خطوات
• نصائح
• تحذيرات
• المواد اللازمة

سميت بهذا الاسم نسبة إلى الفيزيائي الإنجليزي جيمس إدوارد جول ، الجول (J) هو أحد الوحدات الأساسية للنظام المتري الدولي. يستخدم الجول كوحدة عمل وطاقة وحرارة ، بالإضافة إلى استخدامه على نطاق واسع في التطبيقات العلمية. للحصول على إجابة بالجول ، استخدم دائمًا الوحدات العلمية القياسية. لا تزال "وحدة قياس القدم بالجنيه" أو "الوحدة الحرارية الإنجليزية" مستخدمة في بعض المجالات ، ولكنها لا تظهر في واجباتك الفيزيائية.

الصيغ

الجول هو وحدة للطاقة. فيما يلي الصيغ الخاصة بالحالات الأكثر شيوعًا التي تتطلب حساب الطاقة. طالما أنك تستخدم الوحدات المدرجة أسفل كل معادلة ، فستكون إجابتك بالجول.

• العمل = القوة × المسافة
  • → جول = نيوتن × متر
• الطاقة = الطاقة × الوقت
  • → جول = واط × ثانية
• الطاقة الحركية = 1/2 × الكتلة × السرعة ^ 2
  • ← جول = 1/2 × كيلوغرام × ({متر} / {ثانية}) ^ 2
• التغير في درجة الحرارة = الكتلة × السعة الحرارية النوعية × التغير في درجة الحرارة
  • → جول = غرام x ç س ΔT
  • T = درجة الحرارة بدلالة ° C أو كلن
  • السعة الحرارية محددة ç يعتمد على المادة المسخنة. الوحدات الخاصة بك هي /_{غرامº ج}.
• الطاقة الكهربائية = الطاقة × الوقت = التيار ^ 2 × المقاومة × الوقت
  • ← جول = واط × ثانية = أمبير ^ 2 × أوم × ثانية

خطوات

طريقة 1 من 5: حساب الشغل بالجول

1. 

   
   
   افهم ماذا يعني العمل في الفيزياء. أنت تعمل عندما تقوم ، على سبيل المثال ، بدفع صندوق عبر الغرفة. نفس الشيء صحيح عندما ترفعه. هناك نوعان من الصفات الهامة التي ينطوي عليها مفهوم "العمل":
   • أنت تستخدم القوة المستمرة.
   • القوة تجعل الجسم يتحرك نحوه.

2. 

   
   
   تحديد العمل. حساب العمل سهل. اضرب مقدار القوة المستخدمة في المسافة المقطوعة. عادةً ما يقيس العلماء القوة بالنيوتن والمسافة بالأمتار. عند استخدام هذه الوحدات ، ستكون الإجابة تعمل على الجول.
   • عندما تقرأ مشكلة عن العمل ، توقف وفكر في مكان تطبيق القوة. عندما ترفع صندوقًا ، فإنك تدفعه لأعلى: المسافة ، في هذه الحالة ، تتضمن مدى ارتفاعه. ومع ذلك ، إذا تقدمت حاملاً الصندوق ، فلن يكون هناك المزيد من العمل. بعد كل شيء ، إذا واصلت الإمساك بالصندوق ، ومنعه من السقوط ، فلن يتحرك لأعلى بعد الآن.

3. 

   
   
   أوجد كتلة الجسم المتحرك. كتلة الجسم ضرورية لحساب القوة اللازمة لتحريكه. في مثالنا ، لنفترض أن الوزن كتلته 10 كجم (كجم).
   • تجنب استخدام أرطال أو وحدات أخرى غير قياسية ، وإلا فلن تكون الإجابة النهائية بالجول.

4. 

   احسب القوة. القوة = تسارع الكتلة ×. في مثالنا ، رفع وزن ، فإن العجلة التي نعارضها ترجع إلى الجاذبية ، والتي ، في ظل الظروف العادية ، تسرع الأجسام نحو الأسفل بسرعة 9.8 متر / ثانية. احسب القوة اللازمة لتحريك الوزن لأعلى بضرب (10 كجم) × (9.8 م / ث) = 98 كجم م / ث = 98 نيوتن (ن).
   • إذا كان الجسم يتحرك أفقيًا ، فإن الجاذبية ليست ذات صلة. قد تطلب منك المشكلة حساب القوة اللازمة للتغلب على الاحتكاك. إذا أبلغت المشكلة عن تسارع الجسم عند دفعه ، فيمكنك ضرب العجلة في الكتلة.

5. 

   قياس المسافة التي يتحرك بها الجسم. على سبيل المثال ، لنفترض أنه تم رفع الوزن بمقدار 1.5 متر (م). يجب قياس المسافة بالأمتار وإلا فلن يتم التعبير عن الإجابة النهائية بالجول.

6. 

   اضرب القوة في المسافة. لرفع وزن 98 نيوتن لكل 1.5 متر ، ستحتاج إلى تمرين 98 × 1.5 = 147 جول من العمل.

7. 

   احسب عمل الأشياء المتحركة بزاوية. كان مثالنا أعلاه بسيطًا: مارس شخص ما قوة صاعدة على الجسم وتحرك الجسم لأعلى. في بعض الأحيان ، لا يكون اتجاه القوة وحركة الجسم هو نفسه ، بسبب القوى المختلفة التي تعمل على هذا الجسم. في المثال التالي ، سنقوم بحساب كمية الجول التي يحتاجها الصبي لسحب مزلقة عبر 25 مترًا من السطح الأملس عن طريق سحبها على حبل بزاوية 30 درجة لأعلى. في هذا السيناريو ، الشغل = القوة x جيب التمام (θ) x المسافة. الرمز θ هو الحرف اليوناني "ثيتا" ويصف الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الحركة.

8. 

   اكتشف القوة الكلية المطبقة. في هذه المسألة ، لنفترض أن الصبي يسحب الحبل بقوة 10 نيوتن.
   • إذا كانت المشكلة توفر "القوة إلى اليمين" أو "القوة للأعلى" أو "القوة في اتجاه الحركة" ، فهذا يعني أن جزء المشكلة "القوة × جيب التمام (θ)" قد تم حسابه بالفعل ، ويمكنك تجاوز لضرب القيم

9. 

   احسب القوة المناسبة. جزء فقط من القوة يدفع الزلاجة للأمام. نظرًا لأن الحبل مائل لأعلى ، فإن باقي القوة تدفع المزلجة لأعلى عكس اتجاه الجاذبية. احسب القوة المطبقة في اتجاه الحركة:
   • في هذا المثال ، الزاوية θ بين الثلج الناعم والحبل تساوي 30.
   • احسب cos (θ) X cos (30º) = (3) / 2 = حوالي 0.866. يمكنك استخدام الآلة الحاسبة لمعرفة هذه القيمة ، ولكن تأكد من ضبط الآلة الحاسبة على نفس وحدة قياس الزاوية (درجات أو راديان).
   • اضرب القوة الكلية x cos (θ). في المثال ، 10 نيوتن × 0.866 = 8.66 نيوتن من القوة في اتجاه الحركة.

10. 

    اضرب القوة في المسافة. الآن بعد أن عرفنا مقدار القوة التي يتم تطبيقها فعليًا في اتجاه الحركة ، يمكننا حساب الشغل كما نفعل دائمًا. تشير مشكلتنا إلى أن الزلاجة تحركت للأمام بمقدار 20 مترًا ، لذا احسب 8.66 نيوتن × 20 م = 173.2 جول عمل.

طريقة 2 من 5: حساب واتس جول

1. 

   افهم القوة والطاقة. الواط هو مقياس "القوة" ، أو مدى سرعة استخدام الطاقة بمرور الوقت. الجول هو مقياس "الطاقة". للتحويل من الواط إلى الجول ، تحتاج إلى تحديد فترة زمنية. كلما زاد تدفق التيار ، زاد استخدام الطاقة.

2. 

   اضرب بالواط في الثانية لتحصل على الجول. يستهلك جهاز 1 وات 1 جول من الطاقة كل ثانية. إذا قمت بضرب عدد الواط في عدد الثواني ، فسيكون لديك الجول نتيجة لذلك. لمعرفة مقدار الطاقة التي يستهلكها مصباح 60 وات في 120 ثانية ، قم ببساطة بضرب (60 وات) × (120 ثانية) = 7200 جول.
   • هذه الصيغة مناسبة لأي شكل من أشكال الطاقة المقاسة بالواط ، لكنها تستخدم عادة لقياس الكهرباء.

طريقة 3 من 5: حساب الطاقة الحركية بالجول

1. 

   افهم ما هي الطاقة الحركية. الطاقة الحركية هي كمية الطاقة في شكل حركة. مثل أي وحدة طاقة ، يمكن التعبير عنها بوحدات الجول.
   • تعادل الطاقة الحركية مقدار الشغل المبذول لتسريع الجسم المتوقف بسرعة معينة. بمجرد أن يصل الجسم إلى هذه السرعة ، فإنه سيحتفظ بكمية الطاقة الحركية حتى تصبح حرارة (من الاحتكاك) ، أو طاقة محتملة للجاذبية (من حركة ضد الجاذبية) أو أنواع أخرى من الطاقة.

2. 

   اكتشف كتلة الجسم. على سبيل المثال ، يمكننا قياس الطاقة الحركية لدراجة وراكب دراجة. لنفترض أن كتلة الدراج تبلغ 50 كجم ، وكتلة الدراجة 20 كجم ، مما يجعل الكتلة الكلية م 70 كجم. يمكننا أن نعاملهم كجسم 70 كجم ، حيث سيتحركون معًا بنفس السرعة.

3. 

   احسب مدى السرعة. إذا كنت تعرف بالفعل سرعة أو سرعة راكب الدراجة ، فما عليك سوى كتابته والمضي قدمًا. إذا كنت بحاجة إلى حسابها ، فاستخدم إحدى الطرق التالية. لاحظ أننا معنيون بالسرعة وليس السرعة (وهي السرعة في اتجاه معين) ، على الرغم من الاختصار الخامس كثيرا ما يستخدم. تجاهل أي انحناءات يصنعها راكب الدراجة وتظاهر أن كامل المسافة المقطوعة هي خط مستقيم.
   • إذا تحرك راكب الدراجة بمعدل ثابت (غير متسارع) ، فقم بقياس المسافة التي قطعها راكب الدراجة بالأمتار واقسم على عدد الثواني اللازمة لقطع تلك المسافة. يوفر هذا الحساب متوسط ​​السرعة ، والذي ، في هذا السيناريو ، يساوي السرعة في أي وقت.
   • إذا كان الدراج يتحرك بعجلة ثابتة ولا يغير اتجاهه ، احسب سرعته بمرور الوقت ر بالصيغة "السرعة في الزمن t = (التسارع) (ر) + السرعة الأولية. استخدم الثواني لقياس الوقت والمتر / ثانية لقياس السرعة و m / s لقياس التسارع.

4. 

   أدخل هذه الأرقام في الصيغة التالية: الطاقة الحركية = (1/2)مالخامس. على سبيل المثال ، إذا كان الدراج يتحرك بسرعة 15 م / ث ، فإن طاقته الحركية K = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) ) (15 م / ث) = 7875 كجم م / ث = 7875 نيوتن-متر = 7875 جول.
   • يمكن اشتقاق صيغة الطاقة الحركية من تعريف الشغل ، W = FΔs ، ومن المعادلة الحركية v = v₀ + 2aΔs. حيث Δs تشير إلى "تغيير الموقع" أو المسافة المقطوعة.

طريقة 4 من 5: حساب الحرارة بالجول

1. 

   اكتشف كتلة الجسم الذي يتم تسخينه. استخدم ميزان أو ميزان زنبركي. إذا كان الجسم سائلاً ، قم بوزن حاوية السائل الفارغة أولاً واكتشف كتلته. ستحتاج إلى طرح هذه القيمة من كتلة الوعاء والسائل معًا لمعرفة كتلة السائل. في هذا المثال ، لنفترض أن الجسم يحتوي على 500 جرام من الماء.
   • استخدم الجرام ، وليس أي وحدة أخرى ، أو لن تكون النتيجة بالجول. للأجسام الكبيرة ،

2. 

   اكتشف السعة الحرارية المحددة للكائن. يمكن العثور على هذه المعلومات في مرجع كيميائي ، سواء كان ذلك في كتاب أو موقع ويب. بالنسبة للماء ، السعة الحرارية المحددة ç 4.19 جول لكل جرام لكل درجة حرارة مئوية - أو 4.1855 ، إذا كنت تريد أن تكون دقيقًا للغاية.
   • تختلف السعة الحرارية النوعية قليلاً بناءً على درجة الحرارة والضغط. تستخدم المنظمات والكتب المختلفة "درجات حرارة قياسية" مختلفة ، لذلك قد تجد السعة الحرارية المحددة للمياه مدرجة على أنها 4179.
   • يمكنك استخدام مقياس كلفن بدلاً من درجة مئوية ، لأن فرق درجة الحرارة هو نفسه في الوحدتين (تسخين شيء 3 درجة مئوية هو نفس تسخين 3 كلفن). لا تستخدم مقياس فهرنهايت وإلا فلن تكون النتيجة بالجول.

3. 

   اكتشف درجة الحرارة الحالية للجسم. إذا كان الجسم سائلًا ، يمكنك استخدام ترمومتر لمبة. بالنسبة لبعض الأشياء ، قد تحتاج إلى مقياس حرارة مسبار.

4. 

   قم بتسخين الجسم وقياس درجة الحرارة مرة أخرى. لذلك يمكنك قياس مقدار الحرارة التي تضاف إلى الجسم أثناء التسخين.
   • إذا كنت تريد قياس الكمية الإجمالية للطاقة المخزنة على شكل حرارة ، فتظاهر أن درجة الحرارة الأولية كانت صفرًا مطلقًا: 0 كلفن أو -273.15 درجة مئوية. هذا الإجراء ليس مفيدًا في العادة.

5. 

   اطرح درجة الحرارة الأصلية من درجة الحرارة المسخنة. سينتج عن هذا الحساب التغيير في درجات درجة حرارة الجسم. بافتراض أن الماء كان في الأصل 15 درجة مئوية وتم تسخينه إلى 35 درجة مئوية ، فإن تغير درجة الحرارة سيكون 20 درجة مئوية.

6. 

   اضرب كتلة الجسم في سعته الحرارية المحددة وقيمة تغير درجة الحرارة. يتم التعبير عن هذه الصيغة كـ H = مولوديةΔتي، حيث ΔT تعني "تغير درجة الحرارة". في هذا المثال ، سيكون 500 جم × 4.19 × 20 أو 41900 جول.
   • عادة ما يتم التعبير عن الحرارة في النظام المتري من حيث السعرات الحرارية أو السعرات الحرارية. يتم تعريف السعرات الحرارية على أنها كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية ، بينما كيلو كالوري هو كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة 1 كيلوجرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. في المثال أعلاه ، فإن رفع 500 جرام من الماء بمقدار 20 درجة مئوية يستهلك 10000 سعرة حرارية أو 10 سعرات حرارية.

طريقة 5 من 5: حساب الجول ككهرباء

1. 

   استخدم الخطوات أدناه لحساب تدفق الطاقة في دائرة كهربائية. الخطوات أدناه هي مثال عملي ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام الطريقة لفهم المشكلات الجسدية. أولاً ، سنحسب القدرة P باستخدام الصيغة P = I x R ، حيث أنا التيار بالأمبير و R هي المقاومة بالأوم. توفر هذه الوحدات الطاقة بالواط ، ومن ثم يمكننا استخدام الصيغة في الخطوة السابقة لحساب الطاقة بالجول.

2. 

   اختر المقاوم. يتم تصنيف المقاومات بالأوم ، ويُشار إلى التصنيف مباشرةً بواسطة الملصق أو بسلسلة من النطاقات الملونة.يمكنك أيضًا اختبار مقاومة المقاوم عن طريق توصيله بمقياس أوم أو متعدد. في هذا المثال ، سنستخدم المقاوم 10 أوم.

3. 

   قم بتوصيل المقاوم بمصدر حالي. قم بتوصيل الأسلاك بالمقاوم بمشابك fahnestock أو التمساح أو قم بتوصيل المقاوم بلوحة اختبار.

4. 

   قم بتمرير تيار عبر الدائرة لفترة زمنية محددة. في هذا المثال ، سنستخدم فترة 10 ثوانٍ.

5. 

   قياس قوة السلسلة. افعل ذلك باستخدام مقياس التيار الكهربائي أو المتعدد. التيار في معظم المنازل هو ملي أمبير أو جزء من الألف من الأمبير ، لذلك لنفترض أن التيار هو 100 ملي أمبير أو 0.1 أمبير.

6. 

   استخدم الصيغة P = I x R. لإيجاد القوة ، اضرب مربع التيار في المقاومة. ينتج عن هذا الحساب خرج الطاقة بالواط. مربع 0.1 هو 0.01 ، والذي ينتج عن ضربه في 10 إنتاج طاقة 0.1 واط أو 100 ملي واط.

7. 

   اضرب القوة في الوقت المنقضي. يوفر هذا الحساب ناتج الطاقة بالجول: 0.1 واط × 10 ثوانٍ يساوي 1 جول من الطاقة الكهربائية.
   • نظرًا لأن الجول عبارة عن وحدات صغيرة وغالبًا ما تستخدم الأجهزة الكهربائية الواط والملي واط والكيلوواط للإشارة إلى الطاقة التي تعمل بها ، تقيس شركات الطاقة إنتاج الطاقة بالكيلوواط / ساعة. واحد واط يساوي 1 جول في الثانية أو 1 جول يساوي 1 واط في الثانية ؛ كيلوواط واحد يساوي 1 كيلو جول في الثانية و كيلو جول واحد يساوي 1 كيلو واط في الثانية. نظرًا لوجود 3600 ثانية في الساعة ، فإن 1 كيلو واط في الساعة يساوي 3600 كيلو واط في الثانية ، أو 3600 كيلو جول أو 3600000 جول.

نصائح

• هناك وحدة مترية أخرى للعمل والطاقة ذات الصلة بالجول تسمى erg ؛ 1 erg يساوي 1 قوة داين مضروبة في المسافة 1 سم. الجول الواحد يساوي 10،000،000 ergs.

تحذيرات

• على الرغم من أن المصطلحين "جول" و "نيوتن-مترو" يصفان نفس الوحدة ، إلا أنه من الناحية العملية ، يتم استخدام "جول" لتمثيل أي شكل من أشكال الطاقة وللعمل الذي يتم إجراؤه في خط مستقيم ، كما في المثال أعلاه لتشغيل رحلة درج. لقياس عزم الدوران ، وتطبيق القوة في دوران الجسم ، يفضل استخدام مصطلح "نيوتن متر".

المواد اللازمة

العمل أو الطاقة الحركية:

• ساعة التوقيف
• توازن
• آلة حاسبة مع وظيفة جيب التمام (للعمل فقط ، وليست ضرورية دائمًا)

كهرباء:

• المقاوم
• الأسلاك أو إطار الاختبار
• متعدد (أو منفصل الأومتر وجهاز قياس التيار)
• مقاطع الفخن أو التمساح

الحرارة:

• الكائن المراد تسخينه
• مصدر الحرارة (مثل موقد بنسن)
• ميزان الحرارة (لمبة أو مسبار ميزان الحرارة)
• كتاب مرجعي كيميائي (لمعرفة السعة الحرارية المحددة للكائن الذي يتم تسخينه)