Termodynamik
Varmeledningsstav
Varme strømmer gennem stangen med Q/t = kAΔT/L.
Varmeledningsstav — interaktiv Termodynamik-simulation. Varme strømmer gennem stangen med Q/t = kAΔT/L. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
varmeledning
Varme strømmer gennem stangen med Q/t = kAΔT/L.
Fouriers lov for varmeledning sender varmen hurtigere, når temperaturgradienten er større, tværsnittet er større, eller materialet har højere varmeledningsevne k. Stanggeometrien er valgt, så den stationære varmestrøm er let at aflæse ud fra endetemperaturerne.
- Q/t = kAΔT/L
- Fouriers lov
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
En kobberstang forbinder et varmt og et koldt legeme. Hvis du bruger en tykkere stang (større tværsnitsareal), strømmer varmen så hurtigere eller langsommere gennem den?
Forudsigelser at afveje
- En tykkere stang leder varme hurtigere — større areal betyder en bredere vej for varmestrømmen.
- En tykkere stang leder varme langsommere.
- Stangens tykkelse påvirker ikke ledningshastigheden.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Tværsnitsareal A (m²)
Det, du måler:
- Varmestrøm Q̇ (W)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen conduction-bar, og tryk på Nulstil. En kobberstang (k = 401 W/(m·K), længde 0.1 m) forbinder et 450 K-legeme med et 300 K-legeme.
- Slå aflæsningen af varmestrømningshastigheden til på lederen.
- Indstil stangens tværsnitsareal for hvert forsøg, og notér varmestrømningshastigheden.
Styrende ligning
Fouriers lov for varmeledning — Q/t = k·A·ΔT / L
Varme strømmer gennem et materiale med en hastighed bestemt af dets ledningsevne, tværsnitsareal, temperaturforskel og længde: Q̇ = kAΔT/L. Større areal eller temperaturforskel fremskynder ledningen; en længere vej bremser den.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for ét forsøg Q̇ = kAΔT/L med k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Sammenlign med tabellen.
- Forklar ud fra Fouriers lov, hvorfor en fordobling af stangens tværsnitsareal fordobler varmestrømningshastigheden ved fast temperaturforskel og længde.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Et materiale med lav varmeledningsevne (som glas, k ≈ 0.8 W/(m·K)) leder varme langt langsommere end kobber (k = 401 W/(m·K)) ved samme areal og længde. Forklar, hvorfor boligisolering bruger materialer med lavt k.
- Dette eksperiment varierer arealet, men formlen har også længden L i nævneren. Ville en fordobling af stangens længde fordoble eller halvere varmestrømningshastigheden? Forklar, hvorfor en længere vej gør mere modstand mod varmestrømning.
- 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
- Velkommen til Varmeledningsstangen
- Vælg lederen
- Tryk på Afspil
- Varme gennem stangen
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →