Conducció tèrmica: flux de calor per una barra

1 · Prediu

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?

• 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.

2 · Configura

1. 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.
2. Activa la lectura de ritme de flux de calor al conductor.
3. Defineix la secció de la barra per a cada prova i enregistra el ritme de flux de calor.

3 · Recull dades

Representa el ritme de flux de calor Q̇ (eix y) contra la secció A (eix x) per a les tres proves. La línia és recta i passa per l'origen?

4 · Analitza

1. 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.
2. 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.

5 · Amplia

1. 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.
2. 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.

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles