Θερμοδυναμική
Ράβδος αγωγής
Η θερμότητα ρέει μέσω της ράβδου κατά Q/t = kAΔT/L.
Ράβδος αγωγής — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Η θερμότητα ρέει μέσω της ράβδου κατά Q/t = kAΔT/L. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Θερμική αγωγή
Η θερμότητα ρέει μέσω της ράβδου με Q/t = kAΔT/L.
Ο νόμος του Fourier για την αγωγή στέλνει θερμότητα ταχύτερα όταν η κλίση θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη, η διατομή μεγαλύτερη ή το υλικό έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα k. Η γεωμετρία της ράβδου επιλέχθηκε ώστε η θερμική ροή μόνιμης κατάστασης να διαβάζεται εύκολα από τις θερμοκρασίες των άκρων.
- Q/t = kAΔT/L
- Νόμος Fourier
Σύνοψη έρευνας
Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο
Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.
Βασική ερώτηση
Μια χαλκή ράβδος συνδέει ζεστό σώμα και κρύο σώμα. Αν χρησιμοποιήσεις παχύτερη ράβδο (μεγαλύτερη διατομή), η θερμότητα ρέει μέσα από αυτήν ταχύτερα ή βραδύτερα;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Παχύτερη ράβδος αγωγίδει τη θερμότητα ταχύτερα — περισσότερο εμβαδόν σημαίνει ευρύτερη διαδρομή για τη ροή θερμότητας.
- Παχύτερη ράβδος αγωγίδει τη θερμότητα βραδύτερα.
- Το πάχος της ράβδου δεν επηρεάζει τον ρυθμό αγωγής.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Εμβαδόν διατομής A (m²)
Τι μετράς:
- Ρυθμός ροής θερμότητας Q̇ (W)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή conduction-bar και πάτησε Επαναφορά. Μια χαλκή ράβδος (k = 401 W/(m·K), μήκος 0.1 m) συνδέει σώμα 450 K με σώμα 300 K.
- Ενεργοποίησε την ένδειξη ρυθμού ροής θερμότητας στον αγωγό.
- Ρύθμισε τη διατομή της ράβδου για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τον ρυθμό ροής θερμότητας.
Κυρίαρχη εξίσωση
Νόμος Fourier για την αγωγή — Q/t = k·A·ΔT / L
Η θερμότητα ρέει μέσα από υλικό με ρυθμό που ορίζεται από την αγωγιμότητα, τη διατομή, τη διαφορά θερμοκρασίας και το μήκος του: Q̇ = kAΔT/L. Μεγαλύτερο εμβαδόν ή διαφορά θερμοκρασίας επιταχύνει την αγωγή· μακρύτερη διαδρομή την επιβραδύνει.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε Q̇ = kAΔT/L χρησιμοποιώντας k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Σύγκρινε με τον πίνακα.
- Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τον νόμο Fourier, γιατί ο διπλασιασμός της διατομής της ράβδου διπλασιάζει τον ρυθμό ροής θερμότητας σε σταθερή διαφορά θερμοκρασίας και μήκος.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Υλικό με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (όπως γυαλί, k ≈ 0.8 W/(m·K)) αγωγίδει τη θερμότητα πολύ βραδύτερα από χαλκό (k = 401 W/(m·K)) για το ίδιο εμβαδόν και μήκος. Εξήγησε γιατί η μόνωση κατοικιών χρησιμοποιεί υλικά χαμηλού k.
- Αυτό το πείραμα μεταβάλλει το εμβαδόν, αλλά ο τύπος έχει επίσης μήκος L στον παρονομαστή. Ο διπλασιασμός του μήκους της ράβδου θα διπλασίαζε ή θα μισοποιούσε τον ρυθμό ροής θερμότητας; Εξήγησε γιατί μακρύτερη διαδρομή αντιστέκεται περισσότερο στη ροή θερμότητας.
- 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
- Καλώς όρισες στη Ράβδο αγωγής
- Επίλεξε τον αγωγό
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Θερμότητα μέσω της ράβδου
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →