Contenu

• Pas
• Méthode 1 sur 5: Calcul du travail (J)
• Méthode 2 sur 5: Calculer l'énergie (J) à partir d'une puissance donnée (W)
• Méthode 3 sur 5: Calcul de l'énergie cinétique (J)
• Méthode 4 sur 5: Calcul de la quantité de chaleur (J)
• Méthode 5 sur 5: Calcul de l'énergie électrique (J)
• Conseils
• Avertissements
• De quoi avez-vous besoin

Le joule (J) est l'une des unités les plus importantes du Système international d'unités (SI). Les joules mesurent le travail, l'énergie et la chaleur. Pour représenter le résultat final en joules, utilisez les unités SI.Si d'autres unités de mesure sont données dans la tâche, convertissez-les en unités de mesure du Système international d'unités.

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Méthode 1 sur 5: Calcul du travail (J)

1. 1 Le concept de travail en physique. Si vous déplacez la boîte, alors vous faites le travail. Si vous soulevez la boîte, alors vous avez fait le travail. Pour que le travail soit effectué, deux conditions doivent être remplies :
   • Vous appliquez une force constante.
   • Sous l'action de la force appliquée, le corps se déplace dans le sens de l'action de la force.
2. 2 Calculer le travail. Pour ce faire, multipliez la force et la distance (par laquelle le corps s'est déplacé). En SI, la force est mesurée en newtons et la distance en mètres. Si vous utilisez ces unités, le travail résultant sera mesuré en joules.
   • Lors de la résolution de problèmes, déterminez la direction de la force appliquée. Lorsque vous soulevez la boîte, la force est dirigée de bas en haut, mais si vous prenez la boîte dans vos mains et marchez sur une certaine distance, vous ne ferez pas le travail - vous appliquez une force pour que la boîte ne tombe pas, mais cette force ne déplace pas la boîte.
3. 3 Trouvez votre poids corporel. Il est nécessaire de calculer la force qui doit être appliquée pour déplacer le corps. Prenons un exemple : calculez le travail effectué par un athlète lorsqu'il soulève (du sol à la poitrine) une barre pesant 10 kg.
   • Si le problème contient des unités de mesure non standard, convertissez-les en unités SI.
4. 4 Calculer la force. Force = masse x accélération. Dans notre exemple, nous prenons en compte l'accélération de la pesanteur, qui est égale à 9,8 m/s. La force qui doit être appliquée pour déplacer la barre vers le haut est de 10 (kg) x 9,8 (m/s) = 98 kg ∙ m/s = 98 N.
   • Si le corps se déplace dans un plan horizontal, ignorez l'accélération due à la gravité. Peut-être que la tâche nécessitera de calculer la force nécessaire pour surmonter la friction. Si l'accélération est donnée dans le problème, multipliez-la simplement par la masse corporelle donnée.
5. 5 Mesurez la distance parcourue. Dans notre exemple, disons que la barre est élevée à une hauteur de 1,5 m (si des unités de mesure non standard sont données dans le problème, convertissez-les en unités SI.)
6. 6 Multipliez la force par la distance. Afin de soulever une barre pesant 10 kg à une hauteur de 1,5 m, l'athlète effectuera un travail égal à 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Calculez le travail lorsque la force est dirigée selon un angle. L'exemple précédent était assez simple : les directions de la force et du mouvement du corps coïncidaient. Mais dans certains cas, la force est dirigée selon un angle par rapport à la direction de déplacement. Prenons un exemple : calculez le travail effectué par un enfant tirant un traîneau de 25 m avec une corde à 30 degrés par rapport à l'horizontale. Dans ce cas travail = force x cosinus (θ) x distance. L'angle est l'angle entre la direction de la force et la direction du mouvement.
8. 8 Trouvez la force totale appliquée. Dans notre exemple, disons que l'enfant applique une force égale à 10 N.
   • Si le problème dit que la force est dirigée vers le haut, ou vers la droite/gauche, ou si sa direction coïncide avec la direction du mouvement du corps, alors pour calculer le travail, il suffit de multiplier la force et la distance.
9. 9 Calculer la force correspondante. Dans notre exemple, seule une fraction de la force totale tire le traîneau vers l'avant. Puisque la corde est dirigée vers le haut (à un angle par rapport à l'horizontale), une autre partie de la force totale essaie de soulever le traîneau. Par conséquent, calculez la force dont la direction coïncide avec la direction du mouvement.
   • Dans notre exemple, l'angle (entre le sol et la corde) est de 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Trouvez cette valeur à l'aide d'une calculatrice ; réglez l'unité d'angle dans la calculatrice en degrés.
   • Multipliez la force totale par cosθ. Dans notre exemple : 10 x 0,866 = 8,66 N - c'est une force dont la direction coïncide avec la direction du mouvement.
10. 10 Multipliez la force correspondante par la distance pour calculer le travail. Dans notre exemple : 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Méthode 2 sur 5: Calculer l'énergie (J) à partir d'une puissance donnée (W)

1. 1 Puissance et énergie. La puissance est mesurée en watts (W) et décrit le taux de changement, de conversion, de transmission ou de consommation d'énergie, qui est mesuré en joules (J).Pour calculer l'énergie (J) pour une puissance donnée (W), il faut connaître la durée.
2. 2 Pour calculer l'énergie (J), multipliez la puissance (W) par le temps (s). Un appareil d'une puissance de 1 W consomme 1 J d'énergie toutes les 1 s. Par exemple, calculons l'énergie consommée par une ampoule de 60 W pendant 120 secondes : 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Cette formule est correcte pour toute puissance mesurée en watts, mais est le plus souvent utilisée dans des tâches impliquant de l'électricité.

Méthode 3 sur 5: Calcul de l'énergie cinétique (J)

1. 1 L'énergie cinétique est l'énergie du mouvement. Il peut être exprimé en joules (J).
   • L'énergie cinétique équivaut au travail effectué pour accélérer un corps stationnaire à une certaine vitesse. Ayant atteint une certaine vitesse, l'énergie cinétique du corps reste constante jusqu'à ce qu'elle soit convertie en chaleur (provenant de la friction), en énergie potentielle gravitationnelle (lorsqu'elle se déplace contre la gravité) ou en d'autres types d'énergie.
2. 2 Trouvez votre poids corporel. Par exemple, calculez l'énergie cinétique d'un vélo et d'un cycliste. Le cycliste pèse 50 kg et le vélo pèse 20 kg, ce qui signifie que le poids corporel total est de 70 kg (considérez le vélo et le cycliste comme un seul corps, car ils se déplaceront dans le même sens et à la même vitesse).
3. 3 Calculer la vitesse. Si la vitesse est indiquée dans le problème, passez à l'étape suivante ; sinon, calculez-le en utilisant l'une des méthodes ci-dessous. Notez que la direction de la vitesse est ici négligeable ; de plus, supposons que le cycliste conduise en ligne droite.
   • Si le cycliste roulait à vitesse constante (pas d'accélération), mesurez la distance parcourue (m) et divisez-la par le (s) temps (s) mis pour parcourir cette distance. Cela vous donnera une vitesse moyenne.
   • Si le cycliste accélérait et que la valeur de l'accélération et la direction du mouvement n'ont pas changé, alors la vitesse à un instant t donné est calculée par la formule : accélération x t + vitesse initiale. Le temps se mesure en secondes, la vitesse en m/s, l'accélération en m/s.
4. 4 Insérez les valeurs dans la formule. Énergie cinétique = (1/2) mv, où m est la masse, v est la vitesse. Par exemple, si la vitesse d'un cycliste est de 15 m/s, alors son énergie cinétique K = (1/2) (70 kg) (15 m/s) = (1/2) (70 kg) (15 m/s) s) (15 m / s) = 7875 kg m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • La formule de calcul de l'énergie cinétique est dérivée de la définition du travail (W = FΔs) et de l'équation cinématique (v = v₀ + 2aΔs, où s est la distance parcourue).

Méthode 4 sur 5: Calcul de la quantité de chaleur (J)

1. 1 Trouvez la masse du corps chauffé. Pour ce faire, utilisez une balance ou une balance à ressort. Si le corps est un liquide, pesez d'abord le récipient vide (dans lequel vous verserez le liquide) pour trouver sa masse. Après avoir pesé le liquide, soustrayez la masse du récipient vide de cette valeur pour trouver la masse du liquide. Par exemple, considérons de l'eau pesant 500 g.
   • Pour que le résultat soit mesuré en joules, la masse doit être mesurée en grammes.
2. 2 Trouver la chaleur spécifique du corps. Il peut être trouvé dans un manuel de chimie, de physique ou sur Internet. La capacité thermique massique de l'eau est de 4,19 J/g.
   • La chaleur spécifique varie légèrement avec la température et la pression. Par exemple, dans certaines sources, la capacité calorifique spécifique de l'eau est de 4,18 J / g (puisque différentes sources choisissent différentes valeurs de la "température de référence").
   • La température peut être mesurée en degrés Kelvin ou Celsius (puisque la différence entre les deux températures sera la même), mais pas en degrés Fahrenheit.
3. 3 Trouvez votre température corporelle de départ. Si le corps est liquide, utilisez un thermomètre.
4. 4 Chauffer le corps et trouver sa température finale. De cette façon, vous pouvez trouver la quantité de chaleur transférée au corps lorsqu'il est chauffé.
   • Si vous voulez trouver l'énergie totale convertie en chaleur, considérez que la température corporelle initiale est le zéro absolu (0 Kelvin ou -273,15 Celsius). Cela ne s'applique généralement pas.
5. 5 Soustrayez la température corporelle de départ de la température de fin pour trouver le changement de température corporelle. Par exemple, l'eau est chauffée de 15 degrés Celsius à 35 degrés Celsius, c'est-à-dire que le changement de température de l'eau est de 20 degrés Celsius.
6. 6 Multipliez le poids corporel, sa chaleur spécifique et le changement de température corporelle. Formule : H = mcΔT, où ΔT est le changement de température. Dans notre exemple : 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • La chaleur est parfois mesurée en calories ou en kilocalories. Les calories sont la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 gramme d'eau de 1 degré Celsius; kilocalories est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 kg d'eau de 1 degré Celsius. Dans l'exemple ci-dessus, il faudrait 10 000 calories ou 10 kcal pour élever la température de 500 grammes d'eau de 20 degrés Celsius.

Méthode 5 sur 5: Calcul de l'énergie électrique (J)

1. 1 Ceci décrit une méthode de calcul du flux d'énergie dans un circuit électrique. Un exemple pratique est donné sur la base duquel on peut résoudre des problèmes physiques. Pour commencer, calculons la puissance selon la formule P = I x R, où I est l'intensité du courant (A), R est la résistance (Ohm). Vous trouverez la puissance (W) avec laquelle vous pouvez calculer l'énergie (J) (voir deuxième chapitre).
2. 2 Prenez une résistance. La valeur de résistance (Ohm) de la résistance est indiquée par un numéro ou un marquage de couleur. Vous pouvez également déterminer la résistance de la résistance en la connectant à un ohmmètre ou un multimètre. Par exemple, prenons une résistance de 10 ohms.
3. 3 Connectez la résistance à la source de courant. Pour ce faire, utilisez des pinces crocodiles ou un support expérimental avec un circuit électrique.
4. 4 Faire passer un courant dans le circuit pendant un certain temps. Par exemple, faites cela pendant 10 secondes.
5. 5 Déterminez l'ampérage. Pour ce faire, utilisez un ampèremètre ou un multimètre. Par exemple, le courant est de 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Calculez la puissance (W) en utilisant la formule P = I x R. Dans notre exemple : P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multipliez la puissance et le temps pour trouver de l'énergie (J). Dans notre exemple : 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Étant donné que 1 joule est une petite valeur et que la puissance des appareils électriques est indiquée en watts, milliwatts et kilowatts, dans le secteur résidentiel et communal, l'énergie est généralement mesurée en kilowattheures. Si 1 W = 1 J / s, alors 1 J = 1 W s ; si 1 kW = 1 kJ / s, alors 1 kJ = 1 kW s. Puisque 1 h = 3600 s, alors 1 kW h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Conseils

• En SI, l'énergie et le travail sont également mesurés en ergs. 1 erg = 1 dyne (unité de mesure de force) x 1 cm 1 J = 10 000 000 erg.

Avertissements

• Le joule et le newton mètre sont des unités de mesure pour le travail. Les joules mesurent l'énergie et le travail effectué lorsqu'un corps se déplace en ligne droite. Si le corps tourne, l'unité de mesure est le newton-mètre.

De quoi avez-vous besoin

Travail et énergie cinétique :

• Chronomètre ou minuterie
• Balance
• Calculateur de cosinus

Énergie électrique:

• Résistance
• Fils ou support expérimental
• Multimètre (ou ohmmètre et ampèremètre)
• Pinces crocodiles

Quantité de chaleur :

• Corps chauffant
• Source de chaleur (par exemple brûleur)
• Thermomètre
• Manuel pour déterminer la chaleur spécifique d'un corps chauffé