जूल (J), इंग्लिश फिजिसिस्ट जेम्स प्रेस्कॉट जूल के नाम पर आधारित इंटरनेशनल मेट्रिक सिस्टम की मुख्य यूनिट है। जूल को वर्क, एनर्जी, और हीट की यूनिट के रूप में, और आमतौर पर साइंटिफिक एप्लीकेशन में यूज किया जाता है। अगर आप अपने उत्तर को जूल में चाहते हैं, तो हमेशा स्टैंडर्ड साइंटिफिक यूनिट को यूज करना सुनिश्चित करें। कई फील्ड में "foot pound" या "British thermal unit" भी यूज की जाती हैं, लेकिन उनकी फिजिक्स होमवर्क में कोई जगह नहीं है।
फ़ॉर्म्युला
जूल एनर्जी की एक यूनिट है। यहाँ दिए गए फ़ॉर्म्युला सबसे कॉमन स्थितियों के लिए हैं जहाँ आप एनर्जी कैल्क्युलेट करेंगे। जब तक आप हर फॉर्म्युला के नीचे दी SI यूनिट को यूज करते हैं, आपका उत्तर जूल में होगा।
-
- →
-
- →
-
- →
-
- → joules = grams * c * ΔT
- T = ºC या केल्विन में तापमान
- स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी c गर्म किए जाने वाले मटेरियल पर निर्भर करती है। इसकी यूनिट joules / gramsºC होती है।
-
- →
चरण
-
समझें कि फिजिक्स में वर्क का क्या मतलब होता है: अगर आप रूम में एक बॉक्स को धकेलते हैं, तो आपने वर्क किया है। अगर आप उसे ऊपर उठाते हैं, तो आपने वर्क किया है। "work" होने के लिए दो महत्वपूर्ण क्वालिटी होती हैं: [१] X रिसर्च सोर्स
- आप कॉन्स्टेंट फोर्स लगा रहे हैं।
- फोर्स ऑब्जेक्ट को फोर्स की दिशा में मूव कर रहा है।
-
फोर्स को परिभाषित करें: वर्क को कैल्क्युलेट करना आसान होता है। लगने वाले फोर्स को, और तय की दूरी को गुणा कर दें। आमतौर पर, वैज्ञानिक फोर्स को न्यूटन, और दूरी को मीटर में मापते हैं। अगर आप इन यूनिट को यूज करते हैं, तो आपका उत्तर जूल की यूनिट में वर्क होगा।
- जब भी कभी आप वर्क की प्रॉब्लम को पढ़ते हैं, तो रुकें और सोचें कि फोर्स कहाँ लग रहा है। अगर आप एक बॉक्स को उठाते हैं, तो आप ऊपर धकेल रहे हैं, और बॉक्स ऊपर जा रहा है — इसलिए जितना वह उठता है उतनी दूरी है। लेकिन अगर आप बॉक्स को पकड़कर आगे चलते हैं, तो वहाँ कोई वर्क नहीं हो रहा है। आप बॉक्स को गिरने से बचाने के लिए लगातार ऊपर खींच रहे हैं, लेकिन बॉक्स ऊपर नहीं जा रहा है। [२] X रिसर्च सोर्स
-
मूव किए जाने वाले ऑब्जेक्ट का मास खोजें: आपको उसे मूव करने के लिए कितना फोर्स लगाना है, निकालने के लिए मास जानना होता है। हमारे पहले उदाहरण के रूप में, हम वेट को फ्लोर से अपनी छाती तक उठाने वाले व्यक्ति को यूज करेंगे, और कैल्क्युलेट करेंगे कि वह व्यक्ति वेट पर कितना वर्क करता है। चलिए मान लेते हैं कि वेट का मास 10 किलोग्राम (kg) है।
- पाउंड या दूसरी नॉन-स्टैंडर्ड यूनिट्स को यूज न करें, नहीं तो आपका अंतिम उत्तर जूल में नहीं होगा।
-
फोर्स को कैल्क्युलेट करें : फोर्स = मास x एक्सेलरेशन होता है। हमारे उदाहरण में, वेट को ऊपर उठाने के लिए हम ग्रेविटी के एक्सेलरेशन का विरोध कर रहे हैं, जो 9.8 meters/second 2 होता है। (10 kg) x (9.8 m/s 2 ) = 98 kg m/s 2 = 98 Newtons (N) गुणा करके अपने वेट को ऊपर उठाने के लिए आवश्यक फोर्स को कैल्क्युलेट करें।
- अगर ऑब्जेक्ट हॉरिजॉन्टल चल रहा है, तो ग्रेविटी से कोई फर्क नहीं पड़ता है। प्रॉब्लम आपको फ्रिक्शन को ओवरकम करने के लिए आवश्यक फोर्स को कैल्क्युलेट करने के लिए कह सकती है। यदि प्रॉब्लम आपसे कहती है कि ऑब्जेक्ट धक्का दिए जाने पर कितनी जल्दी ऐक्सेलरेट कर रहा है, तो आप दिए गए ऐक्सेलरेशन को मास से गुणा कर सकते हैं।
-
मूव की गई दूरी को मापें: इस उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि वजन को 1.5 मीटर (m) उठाया जा रहा है। दूरी को मीटर में मापा जाना चाहिए, अन्यथा आपका अंतिम उत्तर जूल में नहीं लिखा जाएगा।
-
फोर्स को दूरी से गुणा करें: 98 न्यूटन वजन को 1.5 मीटर ऊपर उठाने के लिए, आपको 98 x 1.5 = 147 जूल वर्क करना पड़ेगा।
-
ऑब्जेक्ट को एक एंगल पर मूव करने के लिए वर्क कैल्क्युलेट करें: हमारा ऊपर वाला उदाहरण आसान था: किसी ने ऑब्जेक्ट पर ऊपर की ओर फोर्स लगाया, और ऑब्जेक्ट ऊपर की ओर मूव कर गया। कभी-कभी, ऑब्जेक्ट पर लगने वाले मल्टीपल फोर्स के कारण फोर्स की दिशा और ऑब्जेक्ट के मूवमेंट की दिशा एक नहीं होती हैं। अगले उदाहरण में, हम एक बच्चे द्वारा एक स्लेज को 30º ऊपर की ओर ऐंगल वाली रस्सी से सपाट बर्फ पर 20 मीटर खींचने के लिए आवश्यक जूल की अमाउंट कैल्क्युलेट करेंगे। इस स्थिति के लिए, Work = force x cosine(θ) x distance है। θ सिम्बल ग्रीक लेटर "theta" है, और फ़ोर्स की दिशा और मूवमेंट की दिशा के बीच के ऐंगल को बताता है। [३] X रिसर्च सोर्स
-
कुल लगाया गया फ़ोर्स पता करें: इस प्रॉब्लम के लिए, मान लेते हैं कि बच्चा रस्सी को 10 न्यूटन के फोर्स से खींच रहा है।
- यदि प्रॉब्लम आपको "rightward force," "upward force," या "force in the direction of motion" देती है, तो इसमें "force x cos(θ)" को प्रॉब्लम के हिस्से के रूप में पहले ही कैल्क्युलेट कर लिया गया है, और आप वैल्यूज़ को आपस में गुणा करने के लिए सीधे आगे बढ़ सकते हैं।
-
रिलेवेंट फोर्स कैल्क्युलेट करें: केवल थोड़ा सा फोर्स स्लेज को आगे खींच रहा है। क्योंकि रस्सी ऊपर की ओर एक ऐंगल पर है, बाकी फोर्स स्लेज को ऊपर उठाने की कोशिश कर रहा है, जो बेकार में ग्रेविटी के विरोध में खींच रहा है। उस फोर्स को कैल्क्युलेट करें जो मोशन की दिशा में लगता है:
- हमारे उदाहरण में, सपाट बर्फ और रस्सी के बीच एंगल θ 30º है।
- cos(θ) कैल्क्युलेट करें। cos(30º) = (√3)/2 = लगभग 0.866. आप इस वैल्यू को पता करने के लिए कैल्क्युलेटर यूज कर सकते हैं, लेकिन सुनिश्चित करें कि आपका कैल्क्युलेटर उसी यूनिट के लिए सेट है जिसमें आपके एंगल का माप (डिग्री या रेडियन) है।
- कुल force x cos(θ) को गुणा करें। हमारे उदाहरण में, 10N x 0.866 = 8.66 N का फ़ोर्स मोशन की दिशा में है।
-
force x distance को गुणा करें: अब जबकि हमें पता है कि असल में मोशन की दिशा में कितना फ़ोर्स लग रहा है, तो हम वर्क को उसी प्रकार कैल्क्युलेट कर सकते हैं। हमारी प्रॉब्लम हमें बताती है कि स्लेज 20 मीटर आगे मूव कर गई है, इसलिए वर्क को 8.66 N x 20 m = 173.2 जूल कैल्क्युलेट करें।
-
पॉवर और एनर्जी को समझें: वॉट मापता है कि power , या एनर्जी (समय के साथ एनर्जी) कितनी तेज़ी से यूज़ की जाती है। जूल energy को मापता है। वॉट से जूल में कन्वर्ट करने के लिए, आपको एक निश्चित समय बताना पड़ेगा। करंट जितना देर तक बहता है, यह उतनी ज्यादा एनर्जी यूज़ करता है।
-
जूल को पाने के लिए वॉट को सेकंड से गुणा करें: एक 1 वॉट की डिवाइस हर 1 सेकंड में 1 जूल एनर्जी कंज्यूम करती है। यदि आप वॉट की संख्या को सेकंड की संख्या से गुणा करते हैं, तो आपको जूल मिलेगा। यह पता करने के लिए कि एक 60W का लाइट बल्ब 120 सेकंड में कितनी एनर्जी कंज्यूम करता है, बस (60 watts) x (120 seconds) = 7200 Joules गुणा करें। [४] X रिसर्च सोर्स
- यह फ़ॉर्म्युला वॉट में मापी गई किसी भी प्रकार की पॉवर पर काम करता है, लेकिन इलेक्ट्रिसिटी एक बहुत कॉमन ऐप्लिकेशन है।
विधि 3
विधि 3 का 5:
काईनेटिक एनर्जी (Kinetic Energy) को जूल में कैल्क्युलेट करना
-
काइनेटिक एनर्जी को समझें: गति की फॉर्म में एनर्जी की मात्रा को काइनेटिक एनर्जी कहते हैं। एनर्जी की किसी दूसरी यूनिट की तरह, इसे जूल की यूनिट्स में लिखा जा सकता है।
- काइनेटिक एनर्जी एक स्टेशनेरी ऑब्जेक्ट को एक निश्चित स्पीड पर ऐक्सेलरेट करने के लिए किए वर्क के बराबर होती है। इसके उस स्पीड पर पहुँच जाने पर, ऑब्जेक्ट काइनेटिक एनर्जी की उस मात्रा को तब तक बनाए रखता है जब तक कि एनर्जी हीट (घर्षण से), (ग्रैविटी के विरुद्ध मूव करने से) ग्रेविटेशनल पोटेंशियल एनर्जी, या दूसरी प्रकार की एनर्जी में नहीं बदल जाती है।
-
ऑब्जेक्ट का मास (mass) पता करें: उदाहरण के लिए, हम एक साइकिल और साइक्लिस्ट की काइनेटिक एनर्जी माप सकते हैं। मान लीजिए कि 50 kg मास के साइक्लिस्ट, और 20 kg मास की साइकिल, के लिए कुल मास m 70 kg है। हम अब उन्हें एक 70 kg का ऑब्जेक्ट मान सकते हैं, क्योंकि वे एक साथ समान स्पीड से ट्रेवल कर रहे होंगे।
-
स्पीड कैल्क्युलेट करें : यदि आपको साइक्लिस्ट की स्पीड या वेलोसिटी पहले से पता है, तो इसे लिख लें और आगे बढ़ें। यदि आपको इसे स्वयं कैल्क्युलेट करना पड़ता है, तो नीचे दिए गए किसी एक तरीके का यूज करें। नोट करें कि हम स्पीड को न कि वेलोसिटी (जोकि किसी निश्चित दिशा में स्पीड है) ध्यान में रखते हैं, भले ही अक्सर v अब्रीवीएशन यूज किया जाता है। साइक्लिस्ट के किसी भी मोड़ पर ध्यान न दें और मान लें कि दूरी को एक सीधी रेखा में तय किया गया है।
- अगर साइक्लिस्ट समान रेट पर चलता है (ऐक्सेलरेट नहीं करता है), साइक्लिस्ट की तय की गई दूरी को मीटर में मापें, और उस दूरी तय करने में लगी सेकंड से डिवाइड कर दें। यह आपको एवरेज स्पीड दे देगा, जो इस मामले में किसी भी समय की स्पीड के समान है।
- यदि साइक्लिस्ट कांस्टेंट एक्सेलरेशन से ऐक्सेलरेट कर रहा है और दिशा नहीं बदलता है, तो समय t पर उसकी स्पीड को फॉर्म्युला "speed at time t = (acceleration)( t ) + initial speed से कैल्क्युलेट करें। समय को मापने के लिए सेकंड, स्पीड को मापने के लिए मीटर/सेकंड, और एक्सीलरेशन को मापने के लिए m/s 2 का यूज करें।
-
इन संख्याओं को दिए गए फॉर्म्युला में रखें: काइनेटिक एनर्जी = (1/2)mv 2 होती है। उदाहरण के लिए, यदि साइक्लिस्ट 15 m/s पर ट्रेवल कर रहा है, तो इसकी काइनेटिक एनर्जी K = (1/2)(70 kg)(15 m/s) 2 = (1/2)(70 kg)(15 m/s)(15 m/s) = 7875 kgm 2 /s 2 = 7875 न्यूटन मीटर = 7875 जूल है।
- काइनेटिक एनर्जी के फॉर्म्युला को वर्क की डेफिनिशन, W = FΔs, और काइनेमैटिक समीकरण (kinematic equation) v 2 = v 0 2 + 2aΔs से निकाला जा सकता है। [५] X रिसर्च सोर्स Δs "change in position", या ट्रेवल की गई दूरी की अमाउंट को बताता है।
-
गर्म किए गए ऑब्जेक्ट का मास पता करें: इसके लिए एक बैलेन्स या स्प्रिंग स्केल यूज़ करें। यदि ऑब्जेक्ट लिक्विड है, तो पहले लिक्विड रखे जाने वाले ख़ाली कंटेनर का वजन करें और फिर इसका मास पता करें। आपको लिक्विड का मास पता करने के लिए इसे कंटेनर और लिक्विड के मास में से घटाएँ। इस उदाहरण के लिए, हम मानेंगे कि ऑब्जेक्ट 500 ग्राम पानी है।
- ग्राम यूज़ करें, कोई और दूसरी यूनिट यूज़ न करें, अन्यथा रिजल्ट जूल में नहीं आएगा।
-
ऑब्जेक्ट की स्पेसिफ़िक हीट कपैसिटी पता करें: यह जानकारी केमिस्ट्री रेफ़्रेन्स में, या तो बुक में या ऑनलाइन मिल सकती है। पानी के लिए, स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी c प्रत्येक डिग्री सेल्सियस हीट करने पर 4.19 जूल प्रति ग्राम – या 4.1855 है, अगर आप ज्यादा सटीक वैल्यू चाहते हैं। [६] X रिसर्च सोर्स
- स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी तापमान और प्रेशर के अनुसार थोड़ी बदलती रहती है। अलग-अलग ऑर्गनायज़ेशन और टेक्स्टबुक्स अलग-अलग "standard temperatures" यूज करती हैं, इसलिए आपको पानी की स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी 4.179 लिखी हुई दिख सकती है।
- आप सेल्सियस की जगह केल्विन यूज कर सकते हैं, क्योंकि दोनो यूनिट्स के तापमान में अंतर (किसी चीज़ को 3 ºC गर्म करना उसे 3 केल्विन गर्म करने के बराबर है) बराबर होता है। फ़ैरेन्हायट (Fahrenheit) यूज न करें, अन्यथा आपका रिज़ल्ट जूल में नहीं आएगा।
-
ऑब्जेक्ट का करेंट तापमान पता करें: यदि ऑब्जेक्ट लिक्विड है, तो आप एक बल्ब थर्मामीटर यूज कर सकते हैं। कुछ ऑब्जेक्ट्स के लिए, आपको एक प्रोब थर्मामीटर की ज़रूरत पड़ सकती है।
-
ऑब्जेक्ट को गर्म करें और फिर से तापमान मापें: यह आपको गर्म करने के दौरान एड हुई हीट की अमाउंट को मापने देगा।
- यदि आप हीट के रूप में स्टोर की गई एनर्जी की कुल अमाउंट मापना चाहते हैं, तो आप मान सकते हैं कि शुरुआती तापमान एब्सलूट जीरो 0 Kelvin या -273.15ºC था। यह अक्सर उपयोगी नहीं होता है।
-
ओरिजिनल तापमान को हीट किए गए तापमान में से घटाएं: यह ऑब्जेक्ट के तापमान का बदलाव दे देगा। मान लें के पानी पहले 15 डिग्री सेल्सियस पर था और 35 डिग्री सेल्सियस तक हीट किया गया, तो तापमान में बदलाव 20 डिग्री सेल्सियस होगा।
-
ऑब्जेक्ट के मास को उसकी स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी और तापमान में बदलाव की अमाउंट से गुणा करें: इस फ़ॉर्म्युला को H = mc Δ T लिखा जाता है, जहाँ ΔT का मतलब "change in temperature" है। इस उदाहरण के लिए, यह 500g x 4.19 x 20, or 41,900 joules होगा।
- हीट को मेट्रिक सिस्टम में अधिकांशतः या तो कैलोरीज या किलोकैलोरीज में लिखा जाता है। 1 ग्राम पानी के तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक हीट की अमाउंट एक कैलोरी होती है, जबकि 1 किलोग्राम पानी के तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक हीट की अमाउंट एक किलोकैलोरी (या कैलोरी) होती है। ऊपर के उदाहरण में, 500 ग्राम पानी 20 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए 10,000 कैलोरीज या 10 किलोकैलोरीज खर्च होंगी।
-
इलेक्ट्रिकल सर्किट के एनर्जी फ्लो को कैल्क्युलेट करने के लिए नीचे दिए स्टेप को यूज करें: नीचे स्टेप प्रैक्टिकल उदाहरण के रूप में दिए हुए हैं, लेकिन आप लिखी हुई फिजिक्स प्रॉब्लम को समझने के लिए मेथड को यूज भी कर सकते हैं। पहले, हम P = I 2 x R फॉर्म्युला को यूज करके पॉवर P को कैल्क्युलेट करेंगे, जहाँ I ऐम्पीयर (amps) में करंट और R ओह्म में रेज़िस्टन्स है। [७] X रिसर्च सोर्स ये यूनिट्स हमें पॉवर को वॉट में देती हैं, इसलिए वहाँ से, हम फ़ॉर्म्युला को पिछले स्टेप में जूल से एनर्जी कैल्क्युलेट करने में यूज कर सकते हैं।
-
रेज़िस्टर चुनें: रेजिस्टर्स को ओह्म में दिया जाता है, दिए गए रेट को या तो सीधे लेबल किया जाता है या रंगीन बैंड्स की सीरीज से दिखाया जाता है। आप रेज़िस्टर के रेज़िस्टन्स को एक ओह्ममीटर या मल्टीमीटर से कनेक्ट करके भी टेस्ट कर सकते हैं। इस उदाहरण के लिए, हम मानेंगे कि रेज़िस्टर पर 10 ओह्म दिया गया है।
-
रेज़िस्टर को एक करंट सोर्स से कनेक्ट करें: वायर को रेज़िस्टर से या तो फहनेस्टॉक (Fahnestock) या ऐलिगेटर क्लिप्स से, या रेज़िस्टर को एक टेस्टिंग बोर्ड से कनेक्ट करें।
-
एक निर्धारित समय के लिए सर्किट से करंट को रन करें: इस उदाहरण के लिए, हम 10 सेकंड का पीरियड यूज करेंगे।
-
करंट की स्ट्रेंथ को मापें: ऐसा एक एमीटर या मल्टीमीटर से करें। अधिकांश घरेलू करंट मिलीएंपीयर, या एंपीयर के हजारवें भाग जितना होता है, इसलिए हम मानेंगे कि करेंट 100 मिलीएंपीयर, या 0.1 एंपीयर है।
-
फ़ॉर्म्युला P = I 2 x R यूज करें: पॉवर पता करने के लिए, करंट के स्क्वेर को रेज़िस्टन्स से गुणा करें। इससे पॉवर आउटपुट वॉट में मिल जाती है। 0.1 का स्क्वेर करने पर 0.01, 10 से गुणा करने पर 0.1 वॉट, या 100 मिलीवॉट पॉवर आउटपुट मिलती है।
-
पॉवर को बीते गए समय से गुणा करें: इससे एनर्जी आउटपुट जूल में आती है। 0.1 वॉट x 10 सेकंड 1 जूल इलेक्ट्रिकल एनर्जी के बराबर होता है।
- क्योंकि जूल छोटी यूनिट है, और उपकरण कितनी पॉवर यूज करते हैं, दिखाने के लिए ज्यादातर वॉट, मिलीवॉट, और किलोवॉट को यूज करते हैं, इसलिए यूटिलिटी अक्सर उनकी एनर्जी आउटपुट को किलोवॉट-घंटे में मापती हैं। एक वॉट 1 जूल प्रति सेकंड, या 1 जूल 1 वॉट-सेकंड के बराबर होता है; एक किलोवॉट 1 किलोजूल प्रति सेकंड और एक किलोजूल 1 किलोवॉट-सेकंड के बराबर होता है। क्योंकि एक घंटे में 3,600 सेकंड होती हैं, तो 1 किलोवाट-घंटा 3,600 किलोवॉट-सेकंड, 3,600 किलोजूल, या 3,600,000 जूल के बराबर होता है।
सलाह
- जूल से संबंधित वर्क और एनर्जी की दूसरी मैट्रिक यूनिट भी है, जिसे अर्ग (erg) कहते हैं; 1 अर्ज (erg) 1 डाइन (dyne) फोर्स गुणे 1 सेमी दूरी के बराबर होता है। एक जूल 10,000,000 अर्ग के बराबर होता है।
चेतावनी
- वैसे तो "joule" और "newton-meter" एक ही यूनिट को बताते हैं, प्रैक्टिस में एनर्जी की किसी भी फॉर्म को और सीधी रेखा में किए गए वर्क को बताने के लिए "joule" को यूज किया जाता है, जैसा कि ऊपर दिये गए उदाहरण में सीढ़ियों पर दौड़कर ऊपर चढ़ने पर होता है। टॉर्क को मापने पर, एक घूमते ऑब्जेक्ट पर फोर्स लगाने पर, "newton-meter" को प्राथमिकता से यूज किया जाता है।
चीजें जिनकी आपको आवश्यकता होगी
Work or Kinetic Energy:
- स्टॉपवॉच या टाइमर
- स्केल या बैलेन्स
- cosine फंक्शन वाला कैल्क्युलेटर (केवल वर्क के लिए, हमेशा जरूरत नहीं है)
Calculating Electrical Energy:
- रेज़िस्टर
- वायर्स या टेस्ट बोर्ड
- मल्टीमीटर (या अलग से ओह्ममीटर और अमीटर)
- फहनेस्टॉक (Fahnestock) या ऐलिगेटर क्लिप्स
Heat:
- हीट करने के लिए ऑब्जेक्ट
- हीट सोर्स (जैसे कि एक बनसेन बर्नर)
- थर्मामीटर (बल्ब या प्रोब थर्मामीटर)
- केमिस्ट्री रिफरेन्स बुक (गर्म किए जाने वाले ऑब्जेक्ट की स्पेसिफिक हीट पता करने के लिए)
रेफरेन्स
- ↑ http://education-portal.com/academy/lesson/work-definition-characteristics-and-examples.html
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/u5l1a.cfm#waiter
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/u5l1a.cfm
- ↑ http://electronicsclub.info/power.htm
- ↑ http://physics.info/energy-kinetic/
- ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html
- ↑ http://electronicsclub.info/power.htm
- http://www.mhi-inc.com/Converter/watt_calculator.htm
- http://electronicsclub.info/power.htm