Joules berekenen - wikiHow (2024)

Over de auteur

Bronnen

Pdf downloaden

1. 1

   De definitie van arbeid. Arbeid wordt gedefinieerd als een constante kracht uitgeoefend op een object om deze over een bepaalde afstand te verplaatsen.^[1] Als er niet meer dan één kracht wordt uitgeoefend, dan kan deze worden berekend als kracht x afstand, en kan worden geschreven in eenheden joule (gelijk aan een 'Newtonmeter'). In ons eerste voorbeeld nemen we een persoon die een gewicht op wil tellen vanaf de vloer tot op borsthoogte, en gaan we berekenen hoeveel arbeid die persoon heeft verricht.

   • De kracht moet worden uitgeoefend in de richting van de beweging. Bij het vasthouden van een object en voorwaarts lopen wordt er geen arbeid verricht op het object, omdat je het object niet in de richting duwt van z'n beweging.^[2]
2. 2

   Bepaal de massa van het object dat wordt verplaatst. De massa van een object is nodig om te kunnen berekenen welke kracht er nodig is om het te bewegen. In ons voorbeeld stellen we dat het gewicht een massa heeft van 10 kg.

   • Gebruik geen ponden of andere eenheden die niet standaard zijn, anders zal het uiteindelijke antwoord niet in joule zijn.
3. 3

   Bereken de kracht. Kracht=massa x versnelling. In ons voorbeeld, het recht omhoog optillen van een gewicht, is versnelling die we proberen te overwinnen gelijk aan de zwaartekracht, 9.8 m/s² naar beneden gericht. Bereken de kracht vereist om het gewicht op te tillen middels (10 kg) x (9.8 m/s²)=98 kg m/s²=98 Newton (N).

   • Als het object horizontaal wordt verplaatst, dan is de zwaartekracht niet relevant. In plaats daarvan kan het probleem vragen om de kracht te berekenen die vereist is om wrijvingsweerstand te overwinnen. Als gegeven is wat de versnelling is van het object wanneer het wordt geduwd, dan kun je de gegeven versnelling vermenigvuldigen met de massa.
4. 4

   See Also

   Berekenen van de soortelijke warmte en uitleg joulemeterVP9 Metallschlitten <0,5 JouleKrachtigste & beste CO2-pistool: Arcus Viper - 34 joule - FIV | MagazinMauser K98 6mm BB (ARES)

   Meet de afstand waarover het object wordt verplaatst. In dit voorbeeld stellen we dat het gewicht is 1.5 meter (m) wordt opgetild. De afstand moet gemeten worden in meters, anders kan het uiteindelijke antwoord niet in Joules worden genoteerd.

5. 5

   Vermenigvuldig de kracht met de afstand. Om een gewicht van 98 Newton 1.5 meter op te tillen, zal je 98 x 1.5=147 Joules aan arbeid moeten verrichten.

6. 6

   Bereken arbeid voor objecten die in een hoek bewegen. Ons voorbeeld hierboven was eenvoudig: iemand oefende een kracht opwaarts uit op het object, en het object ging omhoog. Soms zijn de richting van de kracht en de beweging van het object niet helemaal hetzelfde, omdat er meerdere krachten inwerken op het object. In het volgende voorbeeld gaan we berekenen hoeveel Joules er nodig zijn om een slee 25 meters door de sneeuw voort te slepen, door aan een touw te trekken, vastgemaakt aan de slee in een hoek van 30º met de horizontaal. Hierbij geldt: arbeid=kracht x cos(θ) x afstand. Het θ symbool is de Griekse letter 'theta,' en staat voor de hoek tussen de richting van de kracht en de richting van beweging.^[3]

7. 7

   Bepaal de totale kracht die wordt toegepast. In dit probleem stellen we dat iemand aan het touw trekt met een kracht van 10 Newton.

   • Als er al een kracht 'naar rechts,' 'omhoog' of 'in de richting van de beweging' gegeven is, dan is 'kracht x cos(θ)' als berekend, en kun je verder gaan met het vermenigvuldigen van de waarden.
8. 8

   Bereken de relevante kracht. Alleen een deel van de kracht trekt de slede voorwaarts. Omdat het touw in een hoek omhoog staat, probeert de resterende kracht om de slede omhoog te tillen, waarbij de zwaartekracht tegenwerkt. Bereken de kracht in de richting van de beweging:

   • In ons voorbeeld is de hoek θ tussen de grond en het touw 30º.
   • Bereken cos(θ). cos(30º)=(√3)/2=ongeveer 0,866. Je kunt hiervoor een rekenmachine gebruiken om deze waarde te vinden, maar zorg er wel voor dat je rekenmachine de juiste eenheid gebruikt als die waar de hoek in wordt aangegeven (graden of radialen).
   • Vermenigvuldig de totale kracht x cos(θ). In ons voorbeeld, 10N x 0,866=8,66 N in de richting van de beweging.
9. 9

   Vermenigvuldig kracht x afstand. Nu we weten hoeveel kracht er wordt uitgeoefend in de richting van de beweging, kunnen we arbeid als gewoonlijk bereken. Ons probleem vertelt ons dat de slede 20 meter voorwaarts is gesleept, dus berekenen we 8,66 N x 20 m=173,2 joule arbeid.

   Advertentie

Pdf downloaden

1. 1

   Begrijpen wat kinetische energie. Kinetische energie is de hoeveelheid energie in de vorm van beweging. Zoals dat geldt voor elke vorm van energie kan dit worden uitgedrukt in Joules.

   • Kinetische energie is gelijk aan de hoeveelheid arbeid verricht om een stationair object te versnellen naar een bepaalde snelheid. Is die snelheid eenmaal bereikt dan behoudt het object die hoeveelheid kinetische energie tot die energie wordt omgezet in warmte (door wrijving), zwaartekracht-energie (door tegen de zwaartekracht in te gaan), of andere soorten energie.
2. 2

   Bepaal de massa van het object. Bijvoorbeeld, we kunnen de kinetische energie meten van een fiets en een fietser. Stel dat de fietser een massa heeft van 50 kg, en de fiets een massa van 20 kg. Dat is bij elkaar opgeteld een totale massa m van 70 kg. We kunnen ze bij elkaar nu behandelen als 1 object van 70 kg, omdat ze samen zich voortbewegen met dezelfde snelheid.

3. 3

   Bereken de snelheid. Als je de snelheid of vectorsnelheid van de fietser al weet, noteer dit dan en ga verder. Als je dit nog moet berekenen, gebruik dan een van de onderstaande methoden. Het gaat hierbij om de snelheid, niet de vectorsnelheid (wat de snelheid is in een bepaalde richting), ook al wordt als afkorting vaak de letter v gebruikt voor snelheid. Negeer eventuele bochten die de fietser maakt en doe alsof de hele afstand in een rechte lijn wordt afgelegd.

   • Als de fietser beweegt met een constante snelheid (geen versnelling), meet dan de afstand welke de fietser heeft afgelegd en deel dit door het aantal seconden die het heeft gekost om die afstand af te leggen. Hiermee bereken je de gemiddelde snelheid, wat in dit scenario hetzelfde is als de snelheid op een willekeurig moment.
   • Als de fietser beweegt met een constante versnelling en niet van richting verandert, bereken dan zijn snelheid op het tijdstip t met de formule 'snelheid(tijdstip t)=(versnelling)(t) + initiële snelheid. De tijd is in seconden, snelheid in meters/seconde en versnelling in m/s².
4. 4

   Vul de volgende getallen in de volgende formule in. Kinetische energie=(1/2)m'v². Bijvoorbeeld, als de fietser zich voortbeweegt met een snelheid van 15 m/s, dan is zijn kinetische energie K=(1/2)(70 kg)(15 m/s)²=(1/2)(70 kg)(15 m/s)(15 m/s)=7875 kgm²/s²=7875 newton meters=7875 joule.

   • De formule voor de kinetische energie kan worden afgeleid van de definitie van arbeid, W=FΔs, en de vergelijking v²=v₀² + 2aΔs.^[4] Δs verwijst naar 'verplaatsing,' of ook de afstand die is afgelegd.

   Advertentie

Pdf downloaden

1. 1

   Bereken energie met behulp van vermogen x tijd. Vermogen wordt gedefinieerd als de verbruikte energie per tijdseenheid, dus kunnen we de verbruikte energie berekenen middels het vermogen maal de tijdseenheid. Dit is handig bij het meten van vermogen in watt, omdat 1 watt=1 Joule / seconde. Om uit te vinden hoeveel energie een 60W gloeilamp verbruikt in 120 seconden, vermenigvuldig je het volgende: (60 watts) x (120 seconden)=7200 joule.^[5]

   • Deze formule is te gebruiken voor elke vorm van vermogen, gemeten in watt, maar elektriciteit is het meest voor de hand liggend.
2. 2

   Gebruik de onderstaande stappen om de energiestroom in een elektrisch circuit te berekenen. De onderstaande stappen zijn uitgeschreven als een praktisch voorbeeld, maar je kunt deze methode ook gebruiken om theoretische natuurkundige problemen te leren begrijpen. Eerst berekenen we het vermogen P met behulp van de formule P=I² x R, waarbij I de stroom is in ampère en R de weerstand in ohm.^[6] Deze eenheden geven ons het vermogen in watt, dus vanaf dit punt kunnen we de formule zoals gebruikt in de vorige stap toepassen om de energie in joule te berekenen.

3. 3

   Kies een weerstand. Weerstanden worden in ohm aangegeven, waarbij de waarde ervan direct op de weerstand wordt aangegeven, of wordt aangegeven met een reeks gekleurde ringen. Je kan een weerstand ook testen met een ohmmeter of multimeter. In dit voorbeeld nemen we aan dat de weerstand die we gebruiken 10 ohm is.

4. 4

   Verbind de weerstand met een energiebron (batterij). Gebruik hiervoor klemmetjes of plaats het weerstandje in een testschakeling.

5. 5

   Laat er een stroom door lopen gedurende een bepaalde tijd. In dit voorbeeld nemen we 10 seconden als tijdseenheid.

6. 6

   Meet de sterkte van de stroom. Dit doe je met een stroommeter of een multimeter. De meeste vormen van huishoudelijke stroom gaat in milliampère, dus nemen we aan dat de stroom 100 milliampère is, of ook wel 0,1 ampère.

7. 7

   Gebruik de formule P=I² x R. Om nu het vermogen te vinden, vermenigvuldig je de tweedemacht van de stroom met de weerstand. Hiermee verkrijg je het vermogen van dit circuit in watt. Het kwadraat van 0,1 geeft 0.01. Vermenigvuldig dit met 10, en je krijgt een uitgangsvermogen van 0,1 watt, of 100 milliwatt.

8. 8

   Vermenigvuldig het vermogen met de versteken tijd. Dit levert de energie in joule op. 0,1 watt x 10 seconden is gelijk aan 1 joule elektrische energie.

   • Omdat de joule een kleine eenheid is en omdat het energieverbruik van apparaten meestal in watt, milliwatt en kilowatt wordt aangegeven, is het vaak handiger om uit te rekenen wat het aantal kWh (kilowattuur) is dat door een apparaat wordt verbruikt. 1 watt is gelijk aan 1 joule per seconde, of 1 joule is gelijk aan 1 wattseconde; een kilowatt is gelijk aan 1 kilojoule per seconde en een kilojoule is gelijk aan 1 kilowattseconde. Er gaan 3600 seconden in een uur, dus geldt dat 1 kilowattuur gelijk is aan 3600 kilowatt-seconden, 3600 kilojoule, of 3.600.000 joule.

   Advertentie

Pdf downloaden

1. 1

   Bepaal de massa van het object waaraan warmte wordt toegevoegd. Gebruik hiervoor een balans of weegschaal. Als het object een vloeistof is, weeg dan eerst de lege container waar de vloeistof in gaat. Je zal dit af moeten trekken van de massa van de container en vloeistof bij elkaar, om de massa van de vloeistof te vinden. In dit voorbeeld gaan we er vanuit dat het object 500 gram water is.

   • Gebruik grammen, niet een andere eenheid, anders zal het resultaat niet in Joules worden gegeven.
2. 2

   Bepaal de soortelijke warmte van het object. Deze informatie is te vinden in naslagwerken voor scheikunde van het binas, maar je kunt het ook online vinden. Voor water geldt dat de soortelijke warmte c gelijk is aan 4.19 joule per gram voor elke graad Celsius– of 4.1855, als je erg precies wilt zijn.^[7]

   • Soortelijke warmte varieert iets afhankelijk van de temperatuur en druk. Verschillende organisaties en studieboeken gebruiken verschillende 'standaard temperaturen', dus het kan zijn dat je voor de soortelijke warmte van water ook wel 4.179 aantreft.
   • Je kunt ook Kelvin gebruiken in plaats van Celsius, omdat 1 graad hetzelfde is voor beide schalen (het verhitten van iets met 3ºC is hetzelfde als met 3 Kelvin). Gebruik Fahrenheit niet, anders zal het resultaat niet in Joules worden gegeven.
3. 3

   Bepaal de huidige temperatuur van het object. Als het object een vloeistof is, dan kun je een gewone (kwik)thermometer gebruiken. Voor andere objecten heb je misschien een thermometer met een sonde nodig.

4. 4

   Verhit het object en meet de temperatuur nogmaals. Hiermee kun je de hoeveelheid warmte meten die aan een object is toegevoegd tijdens het verhitten.

   • Als je het totaal van de hoeveelheid energie opgeslagen in de vorm van warmte wilt weten, dan kun je doen alsof de initiële temperatuur het absolute nulpunt was: 0 Kelvin of -273.15ºC.
5. 5

   Trek de oorspronkelijke temperatuur van de temperatuur na verhitting. Dit geeft als uitkomst de verandering van de temperatuur van het object. Aangenomen dat het water in eerste instantie 15 graden Celsius en na verhitting 35 graden Celsius was, is de wijziging in temperatuur dus 20 graden Celsius.

6. 6

   Vermenigvuldig de massa van het object door de soortelijke warmte en de verandering in temperatuur. Deze formule schrijf je als H=mcΔT, waarbij ΔT de 'verandering in temperatuur' voorstelt. Dit wordt in dit voorbeeld 500g x 4.19 x 20=41.900 joule.

   • Warmte wordt over het algemeen uitgedrukt in calorieën of kilocalorieën. Een calorie is gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die vereist is om 1 gram water 1 graad Celsius in temperatuur te laten stijgen, terwijl een kilocalorie (of Calorie) de hoeveelheid warmte is, vereist om de temperatuur van 1 kilogram water 1 graad Celsius te laten stijgen. In het bovenstaande voorbeeld vergt het verhogen van de temperatuur van 500 gram water met 20 graden Celsius 10.000 calorieën of 10 kilocalorieën.

   Advertentie

Tips

Waarschuwingen

Benodigdheden