Термодинамика
Пръчка за топлопроводимост
Топлината тече през пръчката с Q/t = kAΔT/L.
Пръчка за топлопроводимост — интерактивна симулация Термодинамика. Топлината тече през пръчката с Q/t = kAΔT/L. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Топлопроводимост
Топлината тече през пръчката с Q/t = kAΔT/L.
Законът на Фурие за топлопроводимостта праща топлина по-бързо, когато температурният градиент е по-голям, напречното сечение е по-голямо или материалът има по-висока топлопроводимост k. Геометрията на пръчката е избрана така, че установеният топлинен ток да се чете лесно от крайните температури.
- Q/t = kAΔT/L
- Закон на Фурие
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Медна пръчка свързва горещо и студено тяло. Ако ползваш по-дебела пръчка (по-голямо напречно сечение), тече ли топлината през нея по-бързо или по-бавно?
Предсказвания за преценка
- По-дебелата пръчка провежда топлината по-бързо — повече площ означава по-широк път за топлинния поток.
- По-дебелата пръчка провежда топлината по-бавно.
- Дебелината на пръчката не влияе на скоростта на провеждане.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Напречно сечение A (m²)
Какво измерваш:
- Скорост на топлинния поток Q̇ (W)
Как протича изследването
- Отвори настройката пръчка за топлопроводимост и натисни Нулирай. Медна пръчка (k = 401 W/(m·K), дължина 0.1 m) свързва тяло 450 K с тяло 300 K.
- Включи показанието за скорост на топлинния поток на проводника.
- Задай напречното сечение на пръчката за всеки опит и запиши скоростта на топлинния поток.
Управляващо уравнение
Закон на Фурие за топлопроводимост — Q/t = k·A·ΔT / L
Топлината тече през материал със скорост, зададена от проводимостта, напречното сечение, температурната разлика и дължината: Q̇ = kAΔT/L. По-голямо сечение или температурна разлика ускорява провеждането; по-дълъг път го забавя.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли Q̇ = kAΔT/L с k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Сравни с таблицата.
- Обясни, със закона на Фурие, защо удвояването на напречното сечение на пръчката удвоява скоростта на топлинния поток при фиксирана температурна разлика и дължина.
Къде това се появява извън лабораторията
- Материал с ниска топлопроводимост (като стъкло, k ≈ 0.8 W/(m·K)) провежда топлина далеч по-бавно от медта (k = 401 W/(m·K)) при същите площ и дължина. Обясни защо домашната изолация ползва материали с ниско k.
- Този експеримент варира площта, но формулата има и дължина L в знаменателя. Щеше ли удвояването на дължината на пръчката да удвои или преполови скоростта на топлинния поток? Обясни защо по-дълъг път се съпротивлява повече на топлинния поток.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.1 Thermal energy transfers
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Middle School Physical Science — Controlling heat transfer
- Middle School Physical Science — Energy transfer between materials
- Добре дошъл при пръчката за топлопроводимост
- Избери проводника
- Натисни Пусни
- Топлина през пръчката
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →