Termodinàmica
Barra de conducció
La calor flueix per la barra a Q/t = kAΔT/L.
Barra de conducció — simulació interactiva de Termodinàmica. La calor flueix per la barra a Q/t = kAΔT/L. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Conducció de calor
La calor flueix per la barra a Q/t = kAΔT/L.
La llei de Fourier de la conducció envia calor més de pressa quan el gradient de temperatura és més gran, la secció més gran o el material té més conductivitat tèrmica k. La geometria de la barra és triada perquè el corrent tèrmic estacionari sigui fàcil de llegir de les temperatures dels extrems.
- Q/t = kAΔT/L
- Llei de Fourier
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Una barra de coure connecta un cos calent i un de fred. Si fas servir una barra més gruixuda (més secció), la calor hi flueix més de pressa o més a poc a poc?
Prediccions a valorar
- Una barra més gruixuda condueix la calor més de pressa: més àrea significa un camí més ample per al flux de calor.
- Una barra més gruixuda condueix la calor més a poc a poc.
- El gruix de la barra no afecta el ritme de conducció.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Àrea de la secció transversal A (m²)
El que tu mesures:
- Taxa de flux de calor Q̇ (W)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Conducció tèrmica» i prem Restableix. Una barra de coure (k = 401 W/(m·K), longitud 0.1 m) connecta un cos a 450 K amb un cos a 300 K.
- Activa la lectura de ritme de flux de calor al conductor.
- Defineix la secció de la barra per a cada prova i enregistra el ritme de flux de calor.
Equació governant
Llei de Fourier de la conducció — Q/t = k·A·ΔT / L
La calor flueix per un material a un ritme fixat per la seva conductivitat, la secció, la diferència de temperatura i la longitud: Q̇ = kAΔT/L. Més àrea o més diferència de temperatura accelera la conducció; un camí més llarg l'alenteix.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula Q̇ = kAΔT/L amb k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Compara-ho amb la taula.
- Explica, amb la llei de Fourier, per què doblar la secció de la barra dobla el ritme de flux de calor en diferència de temperatura i longitud fixos.
On apareix això més enllà del laboratori
- Un material de conductivitat tèrmica baixa (com el vidre, k ≈ 0.8 W/(m·K)) condueix la calor molt més a poc a poc que el coure (k = 401 W/(m·K)) per a la mateixa àrea i longitud. Explica per què l'aïllament de les cases fa servir materials de k baix.
- Aquest experiment varia l'àrea, però la fórmula també té la longitud L al denominador. Doblar la longitud de la barra doblaria o dividiria per dos el ritme de flux de calor? Explica per què un camí més llarg resisteix més el flux de calor.
- 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
- Benvingut a Barra de conducció
- Selecciona el conductor
- Prem Reprodueix
- Calor per la barra
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →