Joule Hesaplama

Fizik biliminde içerisinde günlük hayatta kullandığımız materyaller ve yaptığımız hareketler ile ilgili olarak ölçümlemeler yapılmaktadır. İş ölçümlemesi de bunlardan biridir. Yapılan işin ölçümlemesini ifade etmek için kullanılan birim Joule olarak belirtilmektedir. İş birimi olan Joule’ün ne olduğu, Joule dışında kullanılan diğer birimlerin ve eşitliklerin hangileri olduğu, Joule hesaplaması ve enerji birimi olan kalorinin Joule cinsinden […] Daha Fazla Bilgi

Fizik biliminde içerisinde günlük hayatta kullandığımız materyaller ve yaptığımız hareketler ile ilgili olarak ölçümlemeler yapılmaktadır. İş ölçümlemesi de bunlardan biridir. Yapılan işin ölçümlemesini ifade etmek için kullanılan birim Joule olarak belirtilmektedir. İş birimi olan Joule’ün ne olduğu, Joule dışında kullanılan diğer birimlerin ve eşitliklerin hangileri olduğu, Joule hesaplaması ve enerji birimi olan kalorinin Joule cinsinden hesaplanması konularında yazı içerisinde yer vereceğiz.

Joule Nedir?

Fizikte iş farklı birimlerle ifade edilmektedir. Joule da bu birimlerden birisidir. Joule, adını James Prescott Joule isimli İngiliz fizikçiden almıştır. Fizikte Newton değerinde olan bir kuvvetin cismi, kuvvetin uygulandığı yön doğrultusunda, bir metrelik hareket ettirmesi ile yapılan iş Joule’a eşit olmaktadır. Elektrikte iş birimi olarak Joule, 1 amper değerinde gerçekleşen akım şiddetinin 1 Ohm değerindeki bir dirençten geçmesi sonucunda 1 saniyelik zaman içerisinde yapılan iş olarak ifade edilmektedir.

Buna göre Joule ile ilgili olarak aşağıdaki eşitlikler yer almaktadır;

1 Joule = 1 Newton x 1 Metre = 1 N x 1 m
1 Joule = 1 Watt x 1 Saniye = 1 W x 1 s
1 Joule = 1 Coulomb x 1 Volt = 1 C x 1 V
1 Joule = 100.000 Dyn x 100 cm = 10.000.000 Erg.

Joule formülü şu şekildedir;

J = \frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2}

Elektrikte iş birimi olarak Joule için formül ise şu şekildedir;

Q = I^2 \cdot R \cdot t

Joule İş ve Enerji Biriminin Katları

Katı Adı Sembol Katı Adı Sembol
100 joule J
101 dekajoule daJ 10–1 desijoule dJ
102 hectojoule hJ 10–2 santijoule cJ
103 kilojoule kJ 10–3 milijoule mJ
106 megajoule MJ 10–6 mikrojoule µJ
109 gigajoule GJ 10–9 nanojoule nJ
1012 terajoule TJ 10–12 pikojoule pJ
1015 petajoule PJ 10–15 femtojoule fJ
1018 egzajoule EJ 10–18 attojoule aJ
1021 zettajoule ZJ 10–21 zeptojoule zJ
1024 yottajoule YJ 10–24 yoktojoule yJ

Fizikte İş Ölçümlemede Kullanılan Diğer Birimler

Bir Newtonluk kuvvet ile bir cismin bir metre hareket ettirilmesi ile tanımlanan işin ölçümlenmesinde Joule (J) biriminin kullanıldığını ifade etmiştik. Bunun yanında iş ölçümleme birimi olarak Joule ile eş değer olan Newton-Metre (N.m)’de zaman zaman kullanılmaktadır. Ancak iş ölçüm birimi olan Newton-Metre ile dönme momenti ölçüm birimi olan Newton-Metre birbiri ile karıştırılabilir. Bu şekilde bir karışıklığın meydana gelebileceği durumu göz önünde bulundurularak Newton-Metre kullanımı uluslararası birim (SI) yetkililerinin aldığı karar ile kaldırılmıştır. Uluslararası birimler dışında erg, ayak-libre, kilovat saat, litre-atmosfer ve beygir gücü-saat birimleri de iş ölçümleme birimleri arasında yer almaktadır. Bunun yanında iş ile ısının aynı fiziksel boyuta sahip olması sebebi ile kalori ve BTU gibi genelde ısı ya da enerji ölçüm birimi olan birimler de iş ölçümü için kullanılmaktadır. Birimler ile ilgili olarak birimler ve eşitlikler aşağıda yer verildiği gibidir;

  • 1 Newton-metre (N-m) = 1 kg m2/sn2
  • 1 Joule (J) = 1 Newton-metre (N-m)
  • 1 Joule = 0.239 Kalori (cal) veya 1 cal = 4,184 Joule (J)
  • 1 İngiliz Isı Birimi (BTU) = 1,055 J , 1 kWh = 3412 BTU veya 1 BTU = 0,0002931 kWh
  • 1 Watt-saat (W.h) = 3,600 J
  • 1 Kilowatt saat (kWh) = 1000 Wh , 1 kWh = 3.600.000 J
  • 1 erg (Yunanca ergon : iş) = 10−7 Joule (J)
  • Foot – pound (ft lb), 1 ft lb = 1.356 Newton-metre (N-m)
  • Litre-atmosfer (l.atm)
  • Elektronvolt (eV)

Kalori Joule Hesaplama

Atmosfer basınca bir gram suyun sıcaklık değerinde 1 derecelik artış olması için gereken enerji miktarı kalori olarak adlandırılmaktadır. Kalori kısaca cal olarak belirtilmektedir. Kilogram ya da büyük kalori terimleri ile de ifade edilen kilokalori 1000 kaloriye eşittir.

Kalori belirlemesi, 1925 senesinden bu yana joule ile yapılmaktadır. Bahsedildiği gibi bir enerji birimi olan kalori, bir maddede ısı artışını meydana getiren ısı miktarının belirlenmesinde kullanılmaktadır.

Maddelerin;

  • Isı kapasiteleri
  • Erime ve buharlaşma ısıları
  • Kimyevi değişmeye bağlı reaksiyon ısıları her zaman kalori ile belirtilmektedir.

Bir enerji birimi olan kalorinin joule enerji birimine oranı 4.18680000001’tür. Buna göre, 1 kalorinin Joule biriminden eşiti 4,184’tür.

Kaloriye bir örnek olarak kibrit çöpünün yakılmasını verebiliriz. 4 kibrit çöpünün yanması sonucunda 1 kalorilik enerji açığa çıkmaktadır.

Kalori Enerji Biriminin Katları

Katı Adı Sembol Katı Adı Sembol
100 kalori cal
101 dekakalori dacal 10–1 desikalori dcal
102 hectokalori hcal 10–2 santikalori ccal
103 kilokalori kcal 10–3 milikalori mcal
106 megakalori Mcal 10–6 mikrokalori µcal
109 gigakalori Gcal 10–9 nanokalori ncal
1012 terakalori Tcal 10–12 pikokalori pcal
1015 petakalori Pcal 10–15 femtokalori fcal
1018 egzakalori Ecal 10–18 attokalori acal
1021 zettakalori Zcal 10–21 zeptokalori zcal
1024 yottakalori Ycal 10–24 yoktokalori ycal

Kalori – Joule hesaplamalarını hesaplama aracımız yardımı ile yapmak için hesaplama kısmında ilgili alanları doldurup hesapla butonuna tıklayınız.

Joule Hesaplama Nasıl Yapılır?

Joule hesaplaması yapılırken temel olarak yazının başında verilen  J = \frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2} formülünden yardım alınmaktadır. Joule hesaplama formülünde yer alan değişkenler ve joule formülüne eş değer formüller aşağıdaki gibidir.

\rm J = {}\rm \frac{kg \cdot m^2}{s^2} = N \cdot m = \rm Pa \cdot m^3={}\rm W \cdot s = C \cdot V

  • KG: Kilogram
  • M: Metre
  • S: Dakika
  • N: Newton
  • C: Coulomb
  • W: Watt
  • Pa: Pascal
  • V: Volt

Elektrikte iş birimi olarak kullanılan Joule formülü ve değişkenler şu şekildedir;

Q = I^2 \cdot R \cdot t

R: direnci (Ohm)

t: zaman (saniye)

I: sabit akım (amper)

Ayrıca joule hesaplaması için de hesaplama aracımızı kullanabilirsiniz. Joule hesaplama formülü ile yapabileceğiniz hesaplamaları daha kolay şekilde yapabilmek için ilgili alanların doldurulduktan sonra hesapla butonuna tıklayınız.

Joule Hesaplaması İle İlgili Örnekler

Örnek 1 : 25 Newton kuvvet uygulanması sonucu bisiklet ile 1500 metre yol alınırsa yapılan bu iş kaç joule olur?

Ayrıca 10 Newton kuvvet uygulanması ile aynı iş yapılmak istendiğinde bisiklet ne kadar yol almalıdır?

Çözüm: Sonuca ulaşmak için yapılan iş miktarı belirlenmelidir. Bunun için Joule (J) = Newton (N) x metre (m) formülünden yararlanılmaktadır.

J = 25 Newton x 1500 metre işleminden elde edilen sonuçla yapılan iş miktarı 37500 Joule olarak bulunur.

Buna göre bisikletin 10 Newton kuvvet uygulanması ile aynı işi yapması için Joule uygulanan kuvvete bölünür ve sonuçta 37500/10= 3750 metre yol alması gerektiği bulunur.

Örnekte görüldüğü gibi işin yapılması için gereken kuvvet ve yol arttığında iş miktarında da artış olmaktadır.

Örnek 2: 220 Ω direncinde olan bir ısıtıcıdan 1 saatlik süre boyunca 1 A şiddetinde akım geçmiştir. Buna göre bu ısıtıcıdan ne kadarlık bir sıcaklık elde edilmiştir?

Çözüm: Soruda verilenleri formül halinde yazacak olursak,

I = 1 A

t = 1 x 60 x 60 = 3600 saniye

Buna göre Q sonucunu bulmamız gerekiyor.

Q= 0.24 x I² x R x t

Q=0.24 x 1² x 220 x 3600=190080 Cal. = 190 kCal.

Örnek 3: 10 ohmluk dirençten geçen akım 5 amper olduğuna göre bu dirençte 10 dakikada ısı şeklinde kaybolan enerji kaç kalori olmaktadır?

Çözüm:

Q = 0,24 .12 . R . t

Q = 0,24 . 52 . 10.600 (t = 10 dakika = 600 saniye )

Q = 36 000 cal = 36 Kcal.

Örnek 4: 2 kilogramlık suyu 20 °C den başlayarak kaynatmak için bir elektrik ocağının ne kadar enerji sarf etmesi gerektiğini bulunuz. (Öz ısı katsayısı su için 4,19 olarak alınacaktır.)

Çözüm:

Q=m.c (t2-t1)

Q = 2 000 . 4,19 ( 100 – 20 )

Q = 2 000 . 4,19 . 80

Q = 670 400 joule (j)

1 Kwh = 3 600 000 Joule’e eşittir. Dolayısı ile elektrik ocağının sarf edeceği enerji miktarı  670 400 / 3 600 000 = 0,186 Kwh olarak bulunur.

Joule Hesaplama!