Varmeledning: Varmestrømning gennem en stang

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

1. 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.
2. Slå aflæsningen af varmestrømningshastigheden til på lederen.
3. Indstil stangens tværsnitsareal for hvert forsøg, og notér varmestrømningshastigheden.

3 · Saml data

Afbild varmestrømningshastighed Q̇ (y-aksen) mod tværsnitsareal A (x-aksen) for dine tre forsøg. Er linjen ret og går gennem nulpunktet?

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg Q̇ = kAΔT/L med k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar ud fra Fouriers lov, hvorfor en fordobling af stangens tværsnitsareal fordobler varmestrømningshastigheden ved fast temperaturforskel og længde.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark