内容

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• 方法1之4：以焦耳为单位计算功
• 方法2之4：计算以焦耳为单位的动能
• 方法3之4：计算焦耳为电能
• 方法4之4：以焦耳为单位计算热量
• 尖端
• 警示语
• 生活必需品

以英国物理学家詹姆斯·爱德华·焦耳（James Edward Joule）的名字命名的焦耳（J）是国际公制系统中最重要的单元之一。焦耳被用作工作，能量和热量的单位，并在科学中被广泛使用。如果您想以焦耳为单位回答问题，请始终使用标准的科学单位。

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方法1之4：以焦耳为单位计算功

1. 劳动的定义。 功定义为施加在物体上以使其移动一定距离的恒定力。如果施加的力不超过一个，则可以计算为 力量 X 距离，并且可以以焦耳为单位（相当于“牛顿米”）进行书写。在我们的第一个示例中，我们假设一个人想要从地板上增加一个重量到胸部的高度，然后计算该人已经完成了多少工作。
   • 力必须沿运动方向施加。握住物体并向前走时，由于没有沿物体的移动方向推动物体，因此无需对其进行任何操作。
2. 确定要移动的对象的质量。 需要物体的质量来计算移动物体所需的力。在我们的示例中，我们声明重量为10千克。
   • 请勿使用磅或其他非标准单位，否则最终答案将不会是焦耳。
3. 计算力。 力=质量x加速度。在我们的示例中，将重物垂直举起，我们试图克服的加速度等于重力，即向下9.8 m / s。使用（10千克）x（9.8 m / s）= 98千克m / s = 98牛顿（N）计算举起重量所需的力。
   • 如果对象水平移动，则重力无关紧要。相反，问题可能会提示您计算克服摩擦阻力所需的力。如果给出了物体被推动时的加速度，则可以将给定的加速度乘以质量。
4. 测量物体移动的距离。 在此示例中，我们假设举重被举起1.5米（m）。距离必须以米为单位，否则最终答案将无法记录在焦耳中。
5. 力乘以距离。 要举起98牛顿的重量1.5米，您将需要进行98 x 1.5 = 147焦耳的工作。
6. 计算对象以一定角度移动的工作量。 上面的示例很简单：有人在对象上施加向上的力，然后对象上升。有时，力的方向与对象的运动并不完全相同，因为多个力作用在对象上。在下面的示例中，我们将通过拉动连接到雪橇的绳索与水平线成30º的角度来计算将一个雪橇在雪中拖动25米需要多少焦耳。满足以下条件：功=力x cos（θ）x距离。 “符号”是希腊字母“ theta”，表示力的方向和运动方向之间的角度。
7. 确定施加的总力。 在这个问题中，我们说有人用10牛顿的力拉绳索。
   • 如果已经给出了“向右”，“向上”或“沿运动方向”的力，则将计算出“力x cos（“）”，然后可以将这些值相乘。
8. 计算相关力。 只有一部分力将托架向前拉。由于绳索以一定角度向上举起，因此剩余的力会试图抵消重力而将滑架抬起。计算运动方向上的力：
   • 在我们的示例中，地面与绳索之间的角度θ为30º。
   • 计算cos（θ）。 cos（30º）=（√3）/ 2 =大约0.866。您可以使用计算器找到该值，但请确保计算器使用正确的单位作为角度指定的单位（度或弧度）。
   • 乘以总力x cos（θ）。在我们的示例中，运动方向为10N x 0.866 = 8.66N。
9. 乘以力x距离。 现在我们知道了在运动方向上施加了多少力，我们可以照常计算功。我们的问题告诉我们，滑架已被向前拖20米，因此我们计算出8.66 N x 20 m = 173.2焦耳的工作量。

方法2之4：计算以焦耳为单位的动能

1. 了解一些动能。 动能是运动形式的能量。与任何形式的能量一样，它可以用焦耳表示。
   • 动能等于将静止物体加速到一定速度所完成的功。一旦达到该速度，物体就会保留一定量的动能，直到该能量转化为热量（通过摩擦），重力（通过反重力）或其他类型的能量。
2. 确定物体的质量。 例如，我们可以测量自行车和骑自行车的人的动能。假设骑车人的体重为50公斤，自行车的重量为20公斤。总共加起来 米 70公斤。现在，由于它们以相同的速度移动，因此我们可以将它们作为1个70公斤的物体一起对待。
3. 计算速度。 如果您已经知道骑车人的速度或矢量速度，请将其写下并继续前进。如果仍然需要计算此值，请使用以下方法之一。这关系到速度，而不是矢量速度（在特定方向上的速度），即使该字母通常是 v 用于速度。忽略骑自行车者做出的任何转弯，并假装整个距离都在一条直线上。
   • 如果骑自行车的人以恒定的速度（没有加速度）运动，请测量骑自行车者的行驶距离并除以覆盖该距离所花费的秒数。这将计算平均速度，在这种情况下，该平均速度与任何给定时刻的速度相同。
   • 如果骑自行车的人以恒定的加速度运动并且不改变方向，请计算当时的速度 Ť 公式为“速度（时间t）=（加速度）（Ť）+初始速度。时间以秒为单位，速度以米/秒为单位，加速度以m / s为单位。
4. 在以下公式中输入以下数字。 动能=（1/2）m“v。例如，如果骑车人以15 m / s的速度运动，则他的动能为K =（1/2）（70千克）（15 m / s）=（1/2）（70千克）（ 15 m / s）（15 m / s）= 7875 kgm / s = 7875牛顿米= 7875焦耳。
   • 动能的公式可以从功的定义中得出：W =FΔs，方程v = v₀ +2aΔs。 Δs指的是“位移”，也指行进的距离。

方法3之4：计算焦耳为电能

1. 使用功率x时间计算能量。 功率定义为每单位时间消耗的能量，因此我们可以通过功率乘以单位时间来计算消耗的能量。当以瓦特为单位测量功率时，这很有用，因为1瓦特= 1焦耳/秒。要找出60W白炽灯泡在120秒内消耗了多少能量，请乘以以下乘积：（60瓦）x（120秒）= 7200焦耳。
   • 该公式可用于以瓦特为单位的任何类型的功率，但是电是最明显的。
2. 使用以下步骤计算电路中的能量流。 下面的步骤仅作为一个实际示例进行了概述，但是您也可以使用此方法来理解理论物理问题。首先，我们使用公式P = I x R计算功率P，其中I是以安培为单位的电流，R是以欧姆为单位的电阻。这些单位为我们提供了以瓦特为单位的功率，因此从这一点开始，我们可以应用上一步中使用的公式来计算以焦耳为单位的能量。
3. 选择一个电阻。 电阻以欧姆表示，其值直接显示在电阻上，或由一系列彩色环表示。您也可以使用欧姆表或万用表测试电阻。在此示例中，我们假设我们使用的电阻为10欧姆。
4. 将电阻器连接至能源（电池）。 为此，请使用钳位或将电阻器放置在测试电路中。
5. 让电流流过一定时间。 在此示例中，我们以10秒为时间单位。
6. 测量电流强度。 您可以使用流量计或万用表进行此操作。大多数家庭电流以毫安为单位，因此我们假设电流为100毫安或0.1安。
7. 使用公式P = I xR。 现在找到功率，将电流的平方功率乘以电阻。这将为您提供该电路的功率（瓦​​）。 0.1的平方给出0.01。将其乘以10，您将获得0.1瓦或100毫瓦的输出功率。
8. 将功率乘以经过的时间。 这以焦耳为单位提供能量。 0.1瓦x 10秒等于1焦耳的电能。
   • 因为焦耳是一个很小的单位，并且由于通常以瓦特，毫瓦和千瓦来表示设备的能耗，所以计算设备消耗的kWh（千瓦时）数通常更方便。 1瓦等于每秒1焦耳，或1焦等于1瓦秒； 1千瓦等于1千瓦/秒，而1千瓦等于1千瓦/秒。一小时有3,600秒，因此1千瓦时等于3,600千瓦秒，3,600千焦耳或3,600,000焦耳。

方法4之4：以焦耳为单位计算热量

1. 确定要添加热量的物体的质量。 为此使用天平或天平。如果物体是液体，请首先称量液体将要进入的空容器。您将不得不从容器和液体的质量中减去该值，以找到液体的质量。在此示例中，我们假设对象是500克水。
   • 使用克，而不是其他单位，否则结果将不会以焦耳为单位。
2. 确定物体的比热。 该信息可以在Binas化学参考书中找到，但也可以在线找到。这是水的比热 C 等于摄氏每度4.19焦耳/克-或4.1855，如果您想非常精确的话。
   • 比热根据温度和压力而略有变化。不同的组织和教科书使用不同的“标准温度”，因此对于水的比热可能会发现多达4,179。
   • 您也可以使用开尔文代替摄氏温度，因为两种菜肴的度数都是相同的（在3ºC的温度下加热与在3开尔文的温度相同）。不要使用华氏温度，否则将不会以焦耳为单位给出结果。
3. 确定对象的当前温度。 如果物体是液体，则可以使用常规（水银）温度计。对于其他物体，您可能需要带有探头的温度计。
4. 加热物体并再次测量温度。 这使您可以测量加热期间已添加到对象的热量。
   • 如果您想知道以热能形式存储的能量总量，可以假装初始温度为绝对零：0开尔文或-273.15ºC。
5. 从加热后的温度中减去原始温度。 这使结果改变了物体的温度。假设水最初为15摄氏度，加热后为35摄氏度，则温度变化为20摄氏度。
6. 将物体的质量乘以比热和温度变化。 您将此公式写为H =mcΔT.，其中ΔT代表“温度变化”。在此示例中，这变为500g x 4.19 x 20 = 41,900焦耳。
   • 热量通常以卡路里或千卡表示。卡路里的定义是使1克水的温度升高1摄氏度所需的热量，而千卡（或卡路里）是使1千克水的温度升高1摄氏度所需的热量。 。在上面的示例中，将500克水的温度提高20摄氏度需要10,000卡路里或10大卡。

尖端

• 与焦耳有关的是另一个称为erg的工作和能量单位。 1 erg等于1达因力乘以1 cm的距离。 1焦耳等于10,000,000 erg。

警示语

• 尽管术语“焦耳”和“牛顿计”是指同一单位，但实际上，“焦耳”用于表示任何形式的能量，并且用于以直线方式执行功，如上述爬楼梯的示例所示。当用于计算扭矩（作用在旋转物体上的力）时，我们更喜欢术语“牛顿计”。

生活必需品

计算功或动能：

• 秒表或计时器
• 天秤座或天平
• 具有余弦函数的计算器（仅用于工作，并非总是必需的）

计算电能：

• 抵抗性
• 电线或测试板
• 万用表（或欧姆表和电流表）
• Fahnestock或鳄鱼夹

热：

• 被加热物体
• 热源（例如本生灯）
• 温度计（液体温度计或带探头的温度计）
• 化学/化学参考（用于查找被加热物体的比热）