Топлопроводимост: топлинен поток през пръчка

1 · Предскажи

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?

• 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.

2 · Постановка

1. 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.
2. Включи показанието за скорост на топлинния поток на проводника.
3. Задай напречното сечение на пръчката за всеки опит и запиши скоростта на топлинния поток.

3 · Събери данни

Чертай скоростта на топлинния поток Q̇ (ос y) спрямо напречното сечение A (ос x) за трите си опита. Права ли е линията през началото?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли Q̇ = kAΔT/L с k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Сравни с таблицата.
2. Обясни, със закона на Фурие, защо удвояването на напречното сечение на пръчката удвоява скоростта на топлинния поток при фиксирана температурна разлика и дължина.

5 · Надгради

1. 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.
2. 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.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат