سُمي على اسم الفيزيائي البريطاني جيمس إدوارد جول ، الجول (J) هو أحد الوحدات الأساسية للنظام المتري الدولي. يستخدم الجول كوحدة للعمل والطاقة والحرارة ، ويستخدم على نطاق واسع في التطبيقات العلمية. إذا كنت تريد إجابتك بالجول ، فتأكد دائمًا من استخدام الوحدات العلمية القياسية. لا تزال تُستخدم وحدة القدم الجنيه أو وحدة الحرارة البريطانية (BTU) في بعض المجالات ، ولكن ليس في واجباتك الفيزيائية.
خطوة
طريقة 1 من 5: حساب الشغل بالجول
الخطوة 1. فهم العمل في الفيزياء
إذا دفعت صندوقًا في غرفة ما ، فقد بذلت جهدًا. إذا رفعت الصندوق ، فقد بذلت مجهودًا أيضًا. هناك نوعان من المعايير الهامة التي يجب وجودها في "الأعمال":
- أنت تقدم أسلوب ثابت.
- هذه القوة تجعل الأشياء تتحرك في نفس اتجاه القوة.
الخطوة 2. فهم تعريف الأعمال
من السهل حساب الجهد. فقط اضرب مقدار القوة والمسافة الكلية التي قطعها الجسم. عادة ، يعبر العلماء عن القوة في نيوتن والمسافة بالأمتار. إذا كنت تستخدم كلتا الوحدتين ، فإن وحدة العمل الناتجة هي الجول.
عندما تقرأ سؤالاً عن العمل ، توقف وفكر أين هو الأسلوب. إذا رفعت الصندوق ، تدفعه لأعلى حتى يتحرك الصندوق لأعلى. إذن ، المسافة التي يقطعها الصندوق هي مقدار ارتفاعه. ومع ذلك ، في المرة التالية التي تمشي فيها مع الصندوق ، لن تبذل أي جهد في هذه العملية. حتى إذا كنت لا تزال تدفع الصندوق لأعلى لمنعه من السقوط ، فإنه لم يعد يتحرك لأعلى
الخطوة الثالثة. أوجد كتلة الجسم الذي يتم إزاحته
كتلة الجسم مطلوبة لحساب القوة المطلوبة لتحريكه. في مثالنا ، افترض أن الحمولة كتلتها 10 كجم (كجم).
تجنب استخدام أرطال أو وحدات أخرى غير قياسية ، وإلا فلن تكون إجابتك النهائية بالجول
الخطوة 4. حساب النمط
القوة = تسارع الكتلة ×. في مثالنا ، رفع الوزن بشكل مستقيم ، فإن التسارع الذي نتحمله ناتج عن الجاذبية ، والتي تعمل في الظروف العادية على تسريع الجسم لأسفل بمعدل 9.8 متر / ثانية.2. احسب القوة المطلوبة لتحريك الحمل لأعلى بضرب (10 كجم) × (9.8 م / ث2) = 98 كجم م / ث2 = 98 نيوتن (ن).
إذا تم تحريك الجسم أفقيًا ، فلن يكون للجاذبية أي تأثير. قد تطلب منك المشكلة حساب القوة المطلوبة لمقاومة الاحتكاك. إذا كانت المشكلة تخبرك بتسارع الجسم أثناء دفعه ، فيمكنك ضرب العجلة المعروفة في كتلته
الخطوة 5. قم بقياس الإزاحة المنقولة
في هذا المثال ، افترض أنه تم رفع حمولة إلى ارتفاع 1.5 متر (م). يجب قياس الإزاحة بالأمتار ، وإلا فلن تكون إجابتك النهائية بالجول.
الخطوة 6. اضرب القوة في الإزاحة
لرفع 98 نيوتن بوزن 1.5 متر ، عليك أن تفعل 98 × 1.5 = 147 جول من الشغل.
الخطوة 7. احسب الشغل المبذول لتحريك الجسم بزاوية معينة
مثالنا أعلاه بسيط: يمارس شخص ما قوة أمامية على كائن ، ويتحرك الجسم إلى الأمام. في بعض الأحيان ، لا يكون اتجاه القوة وحركة الجسم متماثلين ، لأن هناك عدة قوى تؤثر على الجسم. في المثال التالي ، سنحسب عدد الجول الذي يحتاجه الطفل لسحب زلاجة 25 مترًا عبر الثلج المسطح عن طريق سحب الحبل لأعلى بزاوية 30 درجة. في هذه المسألة ، الشغل = القوة x جيب التمام (θ) x الإزاحة. الرمز هو الحرف اليوناني ثيتا ، ويصف الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الحركة.
الخطوة 8. أوجد القوة الإجمالية المطبقة
بالنسبة لهذه المشكلة ، افترض أن الطفل يسحب خيطًا بقوة 10 نيوتن.
إذا كانت المشكلة تمارس قوة إلى اليمين ، أو قوة صاعدة ، أو قوة في اتجاه الحركة ، فإن هذه القوى تمثل بالفعل جزء جيب التمام (θ) من القوة ، ويمكنك التخطي للأمام ومواصلة ضرب القيم
الخطوة 9. احسب القوة المقابلة
فقط عدد قليل من الأساليب تسحب الزلاجة للأمام. عندما يشير الخيط لأعلى ، تحاول قوة أخرى شده لأعلى ، مما يسحبه عكس اتجاه الجاذبية. احسب القوة المؤثرة في اتجاه الحركة:
- في مثالنا ، الزاوية بين الثلج المسطح والحبل هي 30º.
- احسب cos (θ). cos (30º) = (3) / 2 = 0.866 تقريبًا. يمكنك استخدام الآلة الحاسبة لإيجاد هذه القيمة ، لكن تأكد من أن الآلة الحاسبة تستخدم نفس الوحدات المستخدمة في قياس الزاوية (درجات أو راديان).
- اضرب القوة الكلية x cos (θ). في مثالنا ، 10 نيوتن × 0.866 = 8.66 قوى في اتجاه الحركة.
الخطوة 10. اضرب القوة x الإزاحة
الآن بعد أن عرفنا القوة التي تتحرك في اتجاه الحركة ، يمكننا حساب الشغل كالمعتاد. تخبرنا المسألة أن الزلاجة تتحرك للأمام 20 مترًا ، لذا احسب 8.66 نيوتن × 20 م = 173.2 جول من الشغل.
طريقة 2 من 5: حساب الجولات من الوات
الخطوة 1. فهم القوة والطاقة
الواط هو وحدة للطاقة أو معدل استخدام الطاقة (الطاقة مقسومة على الوقت). بينما الجول وحدة للطاقة. لتحويل واتس إلى جولات ، تحتاج إلى تحديد الوقت. كلما زاد تدفق التيار الكهربائي ، زادت الطاقة المستخدمة.
الخطوة 2. اضرب الوات بالثواني لتحصل على الجولات
يستهلك جهاز 1 وات 1 جول من الطاقة كل ثانية واحدة. إذا قمت بضرب عدد الواتس بالثواني ، ستحصل على الجولات. لمعرفة مقدار الطاقة التي يستهلكها مصباح 60 واط في 120 ثانية ، ما عليك سوى مضاعفة 60 واط × 120 ثانية = 7200 جول.
يمكن استخدام هذه الصيغة لأي قوة معبر عنها بالواط ، ولكن بشكل عام في الكهرباء
طريقة 3 من 5: حساب الطاقة الحركية بالجول
الخطوة 1. فهم الطاقة الحركية
الطاقة الحركية هي كمية الطاقة في شكل حركة. مثل وحدات الطاقة الأخرى ، يمكن كتابة الطاقة الحركية بالجول.
الطاقة الحركية تساوي مقدار الشغل المبذول لتسريع جسم ثابت إلى سرعة معينة. بمجرد أن يصل الجسم إلى هذه السرعة ، سيحافظ الجسم على قدر معين من الطاقة الحركية حتى تتحول الطاقة إلى حرارة (من الاحتكاك) ، أو طاقة كامنة للجاذبية (من التحرك ضد الجاذبية) ، أو أنواع أخرى من الطاقة
الخطوة 2. أوجد كتلة الجسم
على سبيل المثال ، نقيس الطاقة الحركية لدراجة وراكب دراجة. على سبيل المثال ، الراكب كتلته 50 كجم ، وكتلة دراجته 20 كجم ، لإجمالي كتلة م 70 كجم. والآن ، نعتبر الاثنين جسمًا واحدًا كتلته 70 كجم لأن كلاهما سيتحرك بنفس السرعة.
الخطوة 3. احسب السرعة
إذا كنت تعرف بالفعل سرعة أو سرعة راكب الدراجة ، فما عليك سوى كتابته والمضي قدمًا. إذا كنت بحاجة إلى حساب السرعة ، فاستخدم إحدى الطرق أدناه. لاحظ أننا نبحث عن السرعة وليس السرعة (وهي السرعة في اتجاه معين) ، على الرغم من استخدام الاختصار v غالبًا. تجاهل أي منعطفات يقوم بها راكب الدراجة وافترض أن المسافة بأكملها مغطاة في خط مستقيم.
- إذا كان الدراج يتحرك بسرعة ثابتة (غير متسارعة) ، فقم بقياس المسافة التي يقطعها الدراج بالأمتار ، واقسمها على عدد الثواني التي سيستغرقها لقطع تلك المسافة. ينتج عن هذا الحساب متوسط السرعة ، والذي في هذه الحالة يساوي السرعة اللحظية.
- إذا واجه راكب الدراجة تسارعًا ثابتًا ولم يغير اتجاهه ، فاحسب سرعته في الوقت t باستخدام صيغة السرعة في الوقت t = (التسارع) (t) + السرعة الابتدائية. استخدم الثانية لقياس الوقت ، متر / ثانية لقياس السرعة ، و m / s2 لقياس التسارع.
الخطوة 4. أدخل هذه الأرقام في الصيغة التالية
الطاقة الحركية = (1/2) م ت 2. على سبيل المثال ، إذا كان راكب دراجة يتحرك بسرعة 15 م / ث ، فإن طاقته الحركية EK = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث)2 = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) (15 م / ث) = 7875 كجم2/س2 = 7875 نيوتن متر = 7875 جول.
يمكن اشتقاق صيغة الطاقة الحركية من تعريف الشغل W = FΔs والمعادلة الحركية v2 = v02 + 2aΔs. يمثل s تغييرًا في الموضع أو المسافة المقطوعة.
طريقة 4 من 5: حساب الحرارة بالجول
الخطوة 1. أوجد كتلة الجسم الذي يتم تسخينه
استخدم ميزانًا أو ميزان زنبركي لقياسه. إذا كان الجسم سائلًا ، فقم أولاً بقياس الحاوية الفارغة التي يوجد بها السائل وإيجاد كتلته. تحتاج إلى طرحه من كتلة الوعاء زائد السائل لإيجاد كتلة السائل. في هذا المثال ، لنفترض أن الجسم 500 جرام من الماء.
استخدم الجرامات وليس الوحدات الأخرى وإلا فلن تكون النتيجة جول
الخطوة 2. ابحث عن الحرارة المحددة للكائن
يمكن العثور على هذه المعلومات في مراجع الكيمياء ، سواء في شكل كتاب أو عبر الإنترنت. بالنسبة للماء ، الحرارة النوعية لـ c هي 4.19 جول لكل جرام لكل درجة مئوية يتم تسخينها - أو 4.1855 ، إذا كنت بحاجة إلى القيمة الدقيقة.
- تختلف الحرارة النوعية الفعلية اختلافًا طفيفًا بناءً على درجة الحرارة والضغط. تستخدم المنظمات والكتب المدرسية المختلفة درجات حرارة قياسية مختلفة ، لذلك قد ترى حرارة الماء المحددة مدرجة في 4.179.
- يمكنك استخدام كلفن بدلاً من الدرجة المئوية لأن فرق درجة الحرارة هو نفسه لكلتا الوحدتين (تسخين شيء بمقدار 3 درجات مئوية يساوي تسخينًا بمقدار 3 كلفن). لا تستخدم الفهرنهايت وإلا فلن تكون النتائج بالجول.
الخطوة 3. أوجد درجة الحرارة الأولية للكائن
إذا كان الجسم سائلًا ، يمكنك استخدام مقياس حرارة زئبقي. بالنسبة لبعض العناصر ، قد تحتاج إلى مقياس حرارة مسبار.
الخطوة 4. تسخين الجسم وقياس درجة الحرارة مرة أخرى
سيقيس هذا كسب الحرارة للكائن أثناء التسخين.
إذا كنت تريد قياس إجمالي كمية الطاقة المخزنة كحرارة ، فيمكنك افتراض أن درجة الحرارة الأولية هي الصفر المطلق: 0 كلفن أو -273.15 درجة مئوية. هذا ليس مفيد جدا
الخطوة 5. اطرح درجة الحرارة الأولية من درجة حرارة التسخين
سيؤدي هذا الانخفاض إلى درجة من تغير درجة حرارة الجسم. بافتراض أن الماء كان في السابق 15 درجة مئوية وتم تسخينه إلى 35 درجة مئوية ، فإن درجة الحرارة تتغير إلى 20 درجة مئوية.
الخطوة 6. اضرب كتلة الجسم في حرارته النوعية وبمقدار التغير في درجة الحرارة
تمت كتابة الصيغة Q = mc T ، حيث T هو التغير في درجة الحرارة. في هذا المثال ، سيكون 500 جم × 4 أو 19 × 20 أو 41900 جول.
غالبًا ما يتم كتابة الحرارة في النظام المتري للسعرات الحرارية أو السعرات الحرارية. يتم تعريف السعرات الحرارية على أنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية ، بينما كيلو كالوري هو كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كيلوجرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. في المثال أعلاه ، سيؤدي رفع درجة حرارة 500 جرام من الماء بمقدار 20 درجة مئوية إلى استهلاك 10000 سعرة حرارية أو 10 سعرات حرارية
طريقة 5 من 5: حساب الجول كطاقة كهربائية
الخطوة 1. استخدم الخطوات أدناه لحساب تدفق الطاقة في دائرة كهربائية
يتم سرد الخطوات أدناه كأمثلة عملية ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام الطريقة لفهم مسائل الفيزياء المكتوبة. أولاً ، سنحسب القوة P باستخدام الصيغة P = I2 x R ، حيث أنا هو التيار بالأمبير و R هي المقاومة بالأوم. تنتج هذه الوحدات الطاقة بالواط ، لذا من هنا ، يمكننا استخدام الصيغة في الخطوة السابقة لحساب الطاقة بالجول.
الخطوة 2. اختر المقاوم
تقاس المقاومات بالأوم ، مع كتابة المقاسات مباشرة أو تمثيلها بمجموعة من الخطوط الملونة. يمكنك أيضًا اختبار مقاومة المقاوم من خلال توصيله بمقياس أوم أو مقياس متعدد. في هذا المثال ، نفترض أن المقاوم هو 10 أوم.
الخطوة 3. قم بتوصيل المقاوم بالمصدر الحالي
يمكنك توصيل الأسلاك بالمقاوم بمشبك فحم أو تمساح ، أو يمكنك توصيل المقاوم بلوحة اختبار.
الخطوة 4. تدفق التيار عبر الدائرة لفترة زمنية معينة
في هذا المثال ، سنستخدم فترة 10 ثوانٍ.
الخطوة 5. قم بقياس القوة الحالية
افعل ذلك باستخدام مقياس التيار الكهربائي أو المتر. تُقاس معظم التيارات المنزلية بالمللي أمبير ، أو بآلاف الأمبيرات ، لذلك نفترض أن التيار هو 100 مللي أمبير أو 0.1 أمبير.
الخطوة 6. استخدم الصيغة P = I.2 x R.
لإيجاد القوة ، اضرب مربع التيار في المقاومة. ينتج عن هذا خرج الطاقة بالواط. يعطي التربيع 0.1 نتيجة 0.01 ، مضروبًا في 10 يعطي خرج قدرة 0.1 واط أو 100 ملي واط.
الخطوة 7. اضرب الطاقة في الوقت المنقضي
يعطي هذا الضرب ناتج الطاقة بالجول. 0.1 واط × 10 ثوانٍ يساوي 1 جول من الطاقة الكهربائية.
