ジュールの計算方法

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ステップ
方法1/5：仕事の計算（J）
方法2/5：与えられた電力（W）からエネルギー（J）を計算する
方法3/5：運動エネルギー（J）の計算
方法4/5：熱量の計算（J）
方法5/5：電気エネルギー（J）の計算
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ジュール（J）は、国際単位系（SI）で最も重要な単位の1つです。ジュールは、仕事、エネルギー、熱を測定します。最終結果をジュールで表すには、SI単位を使用します。タスクで他の測定単位が指定されている場合は、それらを国際単位系の測定単位に変換します。

ステップ

方法1/5：仕事の計算（J）

1 物理学における仕事の概念。 ボックスを移動すると、作業が完了します。あなたが箱を持ち上げるならば、あなたは仕事をしました。作業を行うには、次の2つの条件を満たす必要があります。
- あなたは一定の力を加えています。
- 加えられた力の作用の下で、体は力の作用の方向に動きます。
2 仕事を計算します。 これを行うには、力と距離（体が移動した距離）を掛けます。 SIでは、力はニュートンで測定され、距離はメートルで測定されます。これらの単位を使用すると、結果の作業はジュールで測定されます。
- 問題を解決するときは、加えられる力の方向を決定します。ボックスを持ち上げるとき、力は下から上に向けられますが、ボックスを手に持って一定の距離を歩くと、作業は行われません。ボックスが落下しないように力を加えていますが、この力はボックスを動かしません。
3 あなたの体重を見つけます。 体を動かすために加える必要のある力を計算する必要があります。例を考えてみましょう。10kgのバーベルを（床から胸まで）持ち上げるときにアスリートが行う仕事を計算します。
- 問題に非標準の測定単位が含まれている場合は、それらをSI単位に変換します。
4 強度を計算します。 力=質量x加速度。この例では、9.8 m / sに等しい重力加速度を考慮に入れています。バーを上に動かすために加える必要のある力は、10（kg）x 9.8（m / s）= 98kg∙m / s = 98Nです。
- 物体が水平面内を移動する場合は、重力による加速度を無視してください。おそらく、このタスクでは、摩擦を克服するために必要な力を計算する必要があります。問題に加速度が与えられている場合は、与えられた体重を単純に掛けます。
5 移動距離を測定します。 この例では、バーが1.5 mの高さまで持ち上げられているとします（問題に非標準の測定単位が指定されている場合は、それらをSI単位に変換します）。
6 力に距離を掛けます。 体重10kgのバーベルを1.5mの高さまで上げるために、アスリートは98 x 1.5 = 147Jに等しい仕事をします。
7 力が斜めに向けられたときの仕事を計算します。 前の例は非常に単純でした。力の方向と体の動きが一致していました。しかし、場合によっては、力は進行方向に対してある角度で向けられます。例を考えてみましょう。子供が水平から30度離れたロープでそりを25m引っ張る作業を計算します。この場合、仕事=力x余弦（θ）x距離。角度θは、力の方向と移動の方向の間の角度です。
8 加えられた力の合計を見つけます。 この例では、子供が10Nに等しい力を加えたとしましょう。
- 力が上向き、右/左、またはその方向が体の動きの方向と一致するという問題がある場合は、力と距離を掛けて仕事を計算します。
9 対応する力を計算します。 この例では、全力のごく一部だけがスレッドを前方に引っ張っています。ロープは上向き（水平に対してある角度）に向けられているため、総力の別の部分がスレッドを持ち上げようとしています。したがって、力の方向が移動の方向と一致する力を計算します。
- この例では、角度θ（地面とロープの間）は30°です。
- cosθ=cos30º=（√3）/ 2 = 0.866。計算機を使用してこの値を見つけます。電卓の角度の単位を度に設定します。
- 総力にcosθを掛けます。この例では、10 x 0.866 = 8.66 N-これは、方向が移動方向と一致する力です。
10 対応する力に距離を掛けて、仕事を計算します。 この例では、8.66（H）x 20（m）= 173.2Jです。

方法2/5：与えられた電力（W）からエネルギー（J）を計算する

1 パワーとエネルギー。 電力はワット（W）で測定され、ジュール（J）で測定されるエネルギーの変化、変換、伝達、または消費の速度を表します。与えられた電力（W）のエネルギー（J）を計算するには、時間の長さを知る必要があります。
2 エネルギー（J）を計算するには、電力（W）に時間（s）を掛けます。 1 Wの電力を持つデバイスは、1秒ごとに1Jのエネルギーを消費します。たとえば、60 Wの電球が120秒間消費するエネルギーを計算してみましょう：60（W）x 120（s）= 7200 J
- この式は、ワットで測定されるすべての電力に当てはまりますが、電気を含むタスクで最も一般的に使用されます。

方法3/5：運動エネルギー（J）の計算

1 運動エネルギーは運動のエネルギーです。 ジュール（J）で表すことができます。
- 運動エネルギーは、静止した物体を特定の速度に加速するために行われる仕事に相当します。特定の速度に達すると、物体の運動エネルギーは、熱（摩擦による）、重力ポテンシャルエネルギー（重力に逆らって移動する場合）、またはその他の種類のエネルギーに変換されるまで一定に保たれます。
2 あなたの体重を見つけます。 たとえば、自転車とサイクリストの運動エネルギーを計算します。サイクリストの体重は50kg、バイクの重量は20 kgです。つまり、総体重は70 kgです（バイクとサイクリストは同じ方向に同じ速度で移動するため、1つのボディと見なしてください）。
3 速度を計算します。 問題に速度が示されている場合は、次の手順に進みます。それ以外の場合は、以下のいずれかの方法を使用して計算してください。ここでは速度の方向は無視できることに注意してください。さらに、サイクリストが直線で運転していると仮定します。
- サイクリストが一定の速度（加速なし）で走行している場合は、移動距離（m）を測定し、この距離をカバーするのにかかった時間（s）で割ります。これにより、平均速度が得られます。
- サイクリストが加速していて、加速度の値と移動方向が変わらなかった場合、特定の時間tでの速度は、加速度x t +初速度の式で計算されます。時間は秒単位、速度はm / s単位、加速度はm / s単位で測定されます。
4 値を数式にプラグインします。 運動エネルギー=（1/2）mv、ここでmは質量、vは速度です。たとえば、サイクリストの速度が15 m / sの場合、彼の運動エネルギーK =（1/2）（70 kg）（15 m / s）=（1/2）（70 kg）（15 m / s）（15 m / s）= 7875kg∙m / s = 7875N∙m = 7875 J
- 運動エネルギーの計算式は、仕事の定義（W =FΔs）と運動方程式（v = v）から導き出されます。₀ +2aΔs、ここでΔsは移動距離です）。

方法4/5：熱量の計算（J）

1 加熱された物体の質量を見つけます。 これを行うには、天びんまたはバネばかりを使用します。本体が液体の場合は、最初に空の容器（液体を注ぐ容器）の重さを量って、その質量を求めます。液体を計量した後、この値から空の容器の質量を引いて、液体の質量を求めます。たとえば、500gの水を考えてみましょう。
- 結果をジュールで測定するには、質量をグラムで測定する必要があります。
2 体の比熱を見つけます。 化学、物理学の教科書、またはインターネットで見つけることができます。水の比熱容量は4.19J / gです。
- 比熱は温度と圧力によってわずかに異なります。たとえば、一部の水源では、水の比熱容量は4.18 J / gです（水源が異なれば、「基準温度」の値も異なるため）。
- 温度はケルビンまたは摂氏で測定できますが（2つの温度の差は同じになるため）、華氏では測定できません。
3 あなたの開始体温を見つけます。 体が液体の場合は、温度計を使用してください。
4 体を加熱し、その最終的な温度を見つけます。 このようにして、体が加熱されたときに体に伝達される熱量を見つけることができます。
- 熱に変換された総エネルギーを求めたい場合は、初期の体温を絶対零度（0ケルビンまたは-273.15摂氏）と見なします。これは通常は適用されません。
5 終了温度から開始体温を引いて、体温の変化を求めます。 たとえば、水は摂氏15度から摂氏35度に加熱されます。つまり、水温の変化は摂氏20度です。
6 体重、比熱、体温の変化を掛けます。 式：H =mcΔT、ここでΔTは温度の変化です。この例では：500 x 4.19 x 20 = 41.900 J
- 熱はカロリーまたはキロカロリーで測定されることがあります。カロリーは、1グラムの水の温度を摂氏1度上げるのに必要な熱量です。キロカロリーは、1kgの水の温度を摂氏1度上げるのに必要な熱量です。上記の例では、500グラムの水の温度を摂氏20度上げるのに10,000カロリーまたは10kcalかかります。

方法5/5：電気エネルギー（J）の計算

1 これは、電気回路内のエネルギーの流れを計算する方法を説明しています。 物理的な問題を解決するための実際的な例を示します。まず、式P = I x Rに従って電力を計算しましょう。ここで、Iは電流強度（A）、Rは抵抗（オーム）です。エネルギー（J）を計算できるパワー（W）がわかります（第2章を参照）。
2 抵抗器を取ります。 抵抗器の抵抗値（オーム）は、番号または色分けされたマーキングで示されます。抵抗器を抵抗計またはマルチメータに接続して、抵抗器の抵抗を決定することもできます。たとえば、10オームの抵抗を考えてみましょう。
3 抵抗を電流源に接続します。 これを行うには、ワニのクリップまたは電気回路を備えた実験用スタンドを使用します。
4 回路に一定時間電流を流します。 たとえば、これを10秒間行います。
5 アンペア数を決定します。 これを行うには、電流計またはマルチメータを使用します。たとえば、電流は100 mA = 0.1Aです。
6 式P = I x Rを使用して電力（W）を計算します。 この例では、P = 0.1 x 10 = 0.01 x 10 = 0.1 W = 100 mW
7 電力と時間を掛けてエネルギーを求めます（J）。 この例では、0.1（W）x 10（s）= 1Jです。
- 1ジュールは小さい値であり、電化製品の電力はワット、ミリワット、キロワットで示されるため、住宅および共同体セクターでは、エネルギーは通常キロワット時で測定されます。 1 W = 1 J / sの場合、1 J = 1W∙s; 1 kW = 1 kJ / sの場合、1 kJ = 1kW∙s。 1 h = 3600 sなので、1kW∙h = 3600kW∙s = 3600 kJ = 3600000J。