ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी जेम्स एडवर्ड जूल के नाम पर, जूल (जे) अंतरराष्ट्रीय मीट्रिक प्रणाली की बुनियादी इकाइयों में से एक है। जूल का उपयोग कार्य, ऊर्जा और गर्मी की एक इकाई के रूप में किया जाता है, और व्यापक रूप से वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। यदि आप अपना उत्तर जूल में चाहते हैं, तो हमेशा मानक वैज्ञानिक इकाइयों का उपयोग करना सुनिश्चित करें। फ़ुट-पाउंड या ब्रिटिश यूनिट ऑफ़ हीट (BTU) अभी भी कुछ क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, लेकिन आपके भौतिकी के होमवर्क में नहीं।
कदम
विधि 1 में से 5: जूल में कार्य की गणना करना
चरण 1. भौतिकी में काम को समझें।
यदि आप एक बॉक्स को एक कमरे में धकेलते हैं, तो आपने एक प्रयास किया है। यदि आप बॉक्स को ऊपर उठाते हैं, तो आपने भी प्रयास किया है। दो महत्वपूर्ण मानदंड हैं जो "व्यवसाय" में मौजूद होने चाहिए:
- आप एक स्थिर शैली प्रदान करते हैं।
- यह बल वस्तुओं को बल के समान दिशा में गतिमान करता है।
चरण 2. व्यवसाय की परिभाषा को समझें।
प्रयास की गणना करना आसान है। बस बल की मात्रा और वस्तु द्वारा तय की गई कुल दूरी को गुणा करें। आमतौर पर वैज्ञानिक न्यूटन में बल और मीटर में दूरी व्यक्त करते हैं। यदि आप इन दोनों इकाइयों का उपयोग करते हैं, तो कार्य की परिणामी इकाई जूल है।
जब भी आप व्यवसाय के बारे में कोई प्रश्न पढ़ें, तो रुकें और सोचें कि शैली कहाँ है। यदि आप बॉक्स को उठाते हैं, तो आप इसे ऊपर धकेलते हैं ताकि बॉक्स ऊपर की ओर बढ़े। तो, बॉक्स जितनी दूरी तय करता है, वह उतना ही ऊपर चला गया है। हालाँकि, अगली बार जब आप बॉक्स के साथ आगे बढ़ते हैं, तो इस प्रक्रिया में कोई प्रयास नहीं किया जाता है। यहां तक कि अगर आप बॉक्स को गिरने से बचाने के लिए अभी भी ऊपर की ओर धकेल रहे हैं, तो यह अब ऊपर नहीं जा रहा है।
चरण 3. विस्थापित की जा रही वस्तु का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।
किसी वस्तु को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल की गणना करने के लिए उसके द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। हमारे उदाहरण में, मान लीजिए कि भार का द्रव्यमान 10 किलोग्राम (किलो) है।
पाउंड या अन्य गैर-मानक इकाइयों का उपयोग करने से बचें, या आपका अंतिम उत्तर जूल में नहीं होगा।
चरण 4. शैली की गणना करें।
बल = द्रव्यमान x त्वरण। हमारे उदाहरण में, वजन को सीधे ऊपर उठाते हुए, हम जो त्वरण लगाते हैं, वह गुरुत्वाकर्षण के कारण होता है, जो सामान्य परिस्थितियों में वस्तु को नीचे की ओर 9.8 मीटर/सेकेंड पर गति प्रदान करता है।2. (10 किग्रा) x (9.8 मी/से.) को गुणा करके हमारे भार को ऊपर ले जाने के लिए आवश्यक बल की गणना करें2) = 98 किग्रा मी/से2 = 98 न्यूटन (एन)।
यदि वस्तु को क्षैतिज रूप से ले जाया जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। समस्या आपको घर्षण का विरोध करने के लिए आवश्यक बल की गणना करने के लिए कह सकती है। यदि समस्या आपको बताती है कि किसी वस्तु को धकेलने पर उसका त्वरण क्या है, तो आप ज्ञात त्वरण को उसके द्रव्यमान से गुणा कर सकते हैं।
चरण 5. यात्रा किए गए विस्थापन को मापें।
इस उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि कोई भार 1.5 मीटर (m) की ऊँचाई तक उठाया जाता है। विस्थापन को मीटर में मापा जाना चाहिए, अन्यथा आपका अंतिम उत्तर जूल में नहीं होगा।
चरण 6. विस्थापन द्वारा बल को गुणा करें।
98 न्यूटन वजन 1.5 मीटर ऊंचा उठाने के लिए, आपको 98 x 1.5 = 147 जूल कार्य करने की आवश्यकता है।
चरण 7. वस्तु को एक निश्चित कोण पर ले जाने के लिए किए गए कार्य की गणना करें।
ऊपर हमारा उदाहरण सरल है: कोई व्यक्ति किसी वस्तु पर आगे बल लगाता है, और वस्तु आगे बढ़ती है। कभी-कभी, बल की दिशा और वस्तु की गति समान नहीं होती है, क्योंकि वस्तु पर कई बल कार्य करते हैं। अगले उदाहरण में, हम 30º के कोण पर रस्सी को ऊपर खींचकर समतल बर्फ के माध्यम से 25 मीटर स्लेज खींचने के लिए एक बच्चे के लिए आवश्यक जूल की संख्या की गणना करेंगे। इस समस्या के लिए, कार्य = बल x कोज्या (θ) x विस्थापन। प्रतीक ग्रीक अक्षर थीटा है, और बल की दिशा और गति की दिशा के बीच के कोण का वर्णन करता है।
चरण 8. कुल लागू बल का पता लगाएं।
इस समस्या के लिए, मान लीजिए कि एक बच्चा 10 न्यूटन के बल से एक डोरी खींचता है।
यदि समस्या दाईं ओर एक बल, एक ऊपर की ओर बल या गति की दिशा में एक बल लगाती है, तो ये बल पहले से ही बल के x कोसाइन (θ) भाग के लिए जिम्मेदार हैं, और आप आगे बढ़ सकते हैं और मूल्यों को गुणा करना जारी रख सकते हैं।
चरण 9. संगत बल की गणना करें।
केवल कुछ शैलियाँ ही स्लेज को आगे खींचती हैं। जैसे ही डोरी ऊपर की ओर इशारा कर रही होती है, एक और बल उसे ऊपर खींचने की कोशिश करता है, उसे गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध खींचता है। गति की दिशा में लगाए गए बल की गणना करें:
- हमारे उदाहरण में, समतल बर्फ और रस्सी के बीच का कोण 30º है।
- कॉस (θ) की गणना करें। cos(30º) = (√3)/2 = लगभग 0.866। आप इस मान को खोजने के लिए एक कैलकुलेटर का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन सुनिश्चित करें कि आपका कैलकुलेटर आपके कोण माप (डिग्री या रेडियन) के समान इकाइयों का उपयोग करता है।
- कुल बल x cos(θ) को गुणा करें। हमारे उदाहरण में, गति की दिशा में 10 N x 0.866 = 8.66 बल हैं।
चरण 10. बल x विस्थापन को गुणा करें।
अब जब हम गति की दिशा में आगे बढ़ रहे बल को जानते हैं, तो हम हमेशा की तरह कार्य की गणना कर सकते हैं। हमारी समस्या हमें बताती है कि स्लेज 20 मीटर आगे बढ़ती है, इसलिए 8.66 N x 20 m = 173.2 जूल कार्य की गणना करें।
विधि 2 में से 5: वाट्स से जूल की गणना करना
चरण 1. शक्ति और ऊर्जा को समझें।
वाट शक्ति या ऊर्जा उपयोग की दर की एक इकाई है (ऊर्जा को समय से विभाजित किया जाता है)। जबकि जूल ऊर्जा की इकाई है। वाट्स को जूल में बदलने के लिए, आपको समय निर्धारित करना होगा। विद्युत प्रवाह जितना लंबा होता है, उतनी ही अधिक ऊर्जा का उपयोग होता है।
चरण 2. जूल प्राप्त करने के लिए वाट्स को सेकंड से गुणा करें।
1 वाट का उपकरण प्रत्येक 1 सेकंड में 1 जूल ऊर्जा की खपत करेगा। यदि आप वाट की संख्या को सेकंड से गुणा करते हैं, तो आपको जूल प्राप्त होगा। यह पता लगाने के लिए कि एक 60W लैंप 120 सेकंड में कितनी ऊर्जा की खपत करता है, आपको बस 60 वाट x 120 सेकंड = 7,200 जूल गुणा करने की आवश्यकता है।
इस सूत्र का उपयोग वाट्स में व्यक्त की गई किसी भी शक्ति के लिए किया जा सकता है, लेकिन आमतौर पर बिजली में।
विधि 3 का 5: जूल में गतिज ऊर्जा की गणना
चरण 1. गतिज ऊर्जा को समझें।
गतिज ऊर्जा गति के रूप में ऊर्जा की मात्रा है। अन्य ऊर्जा इकाइयों की तरह, गतिज ऊर्जा को जूल में लिखा जा सकता है।
गतिज ऊर्जा एक स्थिर वस्तु को एक निश्चित गति तक गति देने के लिए किए गए कार्य की मात्रा के बराबर होती है। एक बार जब वस्तु उस गति तक पहुँच जाती है, तो वस्तु गतिज ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा को तब तक बनाए रखेगी जब तक कि ऊर्जा ऊष्मा (घर्षण से), गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा (गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध गतिमान होने से), या अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित न हो जाए।
चरण 2. वस्तु का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।
उदाहरण के लिए, हम एक साइकिल और एक साइकिल चालक की गतिज ऊर्जा को मापते हैं। उदाहरण के लिए, सवार का द्रव्यमान 50 किग्रा है, और उसकी साइकिल का द्रव्यमान 20 किग्रा है, कुल द्रव्यमान m 70 किग्रा है। अब, हम दोनों को 70 किग्रा के द्रव्यमान वाली एक वस्तु मानते हैं क्योंकि वे दोनों एक ही गति से गतिमान होंगी।
चरण 3. गति की गणना करें।
यदि आप पहले से ही साइकिल चालक की गति या गति जानते हैं, तो बस इसे लिख लें और आगे बढ़ें। यदि आपको गति की गणना करने की आवश्यकता है, तो नीचे दी गई विधियों में से एक का उपयोग करें। ध्यान दें कि हम गति की तलाश कर रहे हैं, वेग नहीं (जो कि किसी दिशा में गति है), हालांकि संक्षिप्त नाम v का अक्सर उपयोग किया जाता है। साइकिल चालक द्वारा किए गए किसी भी मोड़ पर ध्यान न दें और मान लें कि पूरी दूरी एक सीधी रेखा में तय की गई है।
- यदि साइकिल चालक एक स्थिर गति से चल रहा है (तेज नहीं), तो साइकिल चालक द्वारा तय की गई दूरी को मीटर में मापें, और उस दूरी को तय करने में लगने वाले सेकंड की संख्या से विभाजित करें। यह गणना औसत गति प्राप्त करेगी, जो इस मामले में तात्कालिक वेग के बराबर है।
- यदि साइकिल चालक निरंतर त्वरण का अनुभव करता है और दिशा नहीं बदलता है, तो समय t = (त्वरण) (t) + प्रारंभिक गति पर गति के सूत्र का उपयोग करके समय t पर उसकी गति की गणना करें। समय मापने के लिए सेकंड, गति मापने के लिए मीटर/सेकंड और m/s. का उपयोग करें2 त्वरण को मापने के लिए।
चरण 4। इन नंबरों को निम्न सूत्र में प्लग करें।
गतिज ऊर्जा = (1/2) m v 2. उदाहरण के लिए, यदि कोई साइकिल चालक 15 मीटर/सेकेंड की गति से आगे बढ़ रहा है, तो उसकी गतिज ऊर्जा ईके = (1/2)(70 किग्रा)(15 मीटर/सेकेंड)2 = (1/2)(70 किग्रा)(15 मी/से)(15 मी/सेक) = 7875 किग्रा2/एस2 = 7875 न्यूटन मीटर = 7875 जूल।
गतिज ऊर्जा का सूत्र कार्य की परिभाषा से प्राप्त किया जा सकता है, W = FΔs, और गतिज समीकरण v2 = वी02 + 2aΔs। s स्थिति या तय की गई दूरी में बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है।
विधि 4 की 5: जूल में ऊष्मा की गणना
चरण 1. गर्म की जा रही वस्तु का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।
इसे मापने के लिए स्केल या स्प्रिंग बैलेंस का उपयोग करें। यदि वस्तु एक तरल है, तो पहले उस खाली कंटेनर को मापें जिसमें तरल है और उसका द्रव्यमान ज्ञात करें। तरल के द्रव्यमान को खोजने के लिए आपको इसे कंटेनर के द्रव्यमान और तरल से घटाना होगा। इस उदाहरण के लिए, मान लें कि वस्तु 500 ग्राम पानी है।
ग्राम का प्रयोग करें, अन्य इकाइयों का नहीं, या परिणाम जूल नहीं होगा।
चरण 2. वस्तु की विशिष्ट ऊष्मा ज्ञात कीजिए।
यह जानकारी रसायन शास्त्र के संदर्भों में, पुस्तक के रूप में और ऑनलाइन दोनों में पाई जा सकती है। पानी के लिए, सी की विशिष्ट ऊष्मा ४.१९ जूल प्रति ग्राम है, इसे गर्म किए जाने वाले प्रत्येक डिग्री सेल्सियस के लिए - या ४.१८५५, यदि आपको सटीक मान की आवश्यकता है।
- वास्तविक विशिष्ट ऊष्मा तापमान और दबाव के आधार पर थोड़ी भिन्न होती है। विभिन्न संगठन और पाठ्यपुस्तकें अलग-अलग मानक तापमानों का उपयोग करती हैं, इसलिए आप पानी की विशिष्ट ऊष्मा को 4.179 के रूप में सूचीबद्ध देख सकते हैं।
- आप सेल्सियस के बजाय केल्विन का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि दोनों इकाइयों के लिए तापमान अंतर समान है (किसी चीज को 3ºC गर्म करना 3 केल्विन द्वारा गर्म करने के बराबर है)। फारेनहाइट का प्रयोग न करें, या आपके परिणाम जूल में नहीं होंगे।
चरण 3. वस्तु का प्रारंभिक तापमान ज्ञात कीजिए।
यदि वस्तु तरल है, तो आप पारा थर्मामीटर का उपयोग कर सकते हैं। कुछ वस्तुओं के लिए, आपको जांच थर्मामीटर की आवश्यकता हो सकती है।
चरण 4. वस्तु को गर्म करें और तापमान को फिर से मापें।
यह हीटिंग के दौरान वस्तु के ताप लाभ को मापेगा।
यदि आप गर्मी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा की कुल मात्रा को मापना चाहते हैं, तो आप मान सकते हैं कि प्रारंभिक तापमान पूर्ण शून्य है: 0 केल्विन या -273.15ºC। यह बहुत उपयोगी नहीं है।
चरण 5. प्रारंभिक तापमान को ताप तापमान से घटाएं।
इस कमी के परिणामस्वरूप वस्तु में तापमान में एक डिग्री परिवर्तन होगा। मान लें कि पहले पानी 15 डिग्री सेल्सियस था और 35 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया गया था, तो तापमान 20 डिग्री सेल्सियस में बदल जाता है।
चरण 6. वस्तु के द्रव्यमान को उसकी विशिष्ट ऊष्मा और तापमान में परिवर्तन के परिमाण से गुणा करें।
सूत्र Q = mc T लिखा गया है, जहाँ T तापमान में परिवर्तन है। इस उदाहरण के लिए, यह 500 ग्राम x 4, 19 x 20 या 41,900 जूल होगा।
ऊष्मा को अक्सर कैलोरी या किलोकैलोरी मीट्रिक प्रणाली में लिखा जाता है। एक कैलोरी को 1 ग्राम पानी के तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जबकि एक किलोकैलोरी 1 किलोग्राम पानी के तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा है। ऊपर के उदाहरण में, ५०० ग्राम पानी का तापमान २० डिग्री सेल्सियस बढ़ाने से १०,००० कैलोरी या १० किलोकैलोरी का उपयोग होगा।
विधि 5 का 5: विद्युत ऊर्जा के रूप में जूल की गणना
चरण 1. विद्युत परिपथ में ऊर्जा के प्रवाह की गणना करने के लिए नीचे दिए गए चरणों का उपयोग करें।
नीचे दिए गए चरणों को व्यावहारिक उदाहरणों के रूप में सूचीबद्ध किया गया है, लेकिन आप लिखित भौतिकी की समस्याओं को समझने के लिए भी विधि का उपयोग कर सकते हैं। सबसे पहले, हम सूत्र P = I. का उपयोग करके घात P की गणना करेंगे2 x R, जहाँ I एम्पीयर में करंट है और R ओम में प्रतिरोध है। ये इकाइयाँ वाट में बिजली का उत्पादन करती हैं, इसलिए यहाँ से हम पिछले चरण में जूल में ऊर्जा की गणना करने के लिए सूत्र का उपयोग कर सकते हैं।
चरण 2. एक रोकनेवाला चुनें।
प्रतिरोधों को ओम में मापा जाता है, आकार सीधे लिखे जाते हैं या रंगीन रेखाओं के संग्रह द्वारा दर्शाए जाते हैं। आप किसी प्रतिरोधक को ओममीटर या मल्टीमीटर से जोड़कर उसके प्रतिरोध का परीक्षण भी कर सकते हैं। इस उदाहरण के लिए, हम मानते हैं कि रोकनेवाला 10 ओम है।
चरण 3. रोकनेवाला को वर्तमान स्रोत से कनेक्ट करें।
आप तारों को रेसिस्टर से फ़ाहनेस्टॉक या एलीगेटर क्लिप से जोड़ सकते हैं, या आप रेसिस्टर को टेस्ट बोर्ड में प्लग कर सकते हैं।
चरण 4. एक निश्चित समय अंतराल के लिए परिपथ में धारा प्रवाहित करें।
इस उदाहरण के लिए, हम 10 सेकंड के अंतराल का उपयोग करेंगे।
चरण 5. वर्तमान ताकत को मापें।
इसे एमीटर या मल्टीमीटर से करें। अधिकांश घरेलू धाराओं को मिलीएम्पियर, या हजारों एम्पीयर में मापा जाता है, इसलिए हम मानते हैं कि वर्तमान 100 मिलीमीटर या 0.1 एम्पीयर है।
चरण 6. सूत्र P = I. का प्रयोग करें2 एक्स आर.
घात ज्ञात करने के लिए, धारा के वर्ग को प्रतिरोध से गुणा करें। इसका परिणाम वाट में बिजली उत्पादन में होता है। ०.१ का स्क्वेरिंग ०.०१ का परिणाम देता है, १० से गुणा करके ०.१ वाट या १०० मिलीवाट का बिजली उत्पादन देता है।
चरण 7. शक्ति को बीता हुआ समय से गुणा करें।
यह गुणन जूल में ऊर्जा उत्पादन देता है। 0.1 वाट x 10 सेकंड 1 जूल विद्युत ऊर्जा के बराबर है।
