Θερμική αγωγή: Ροή θερμότητας μέσω ράβδου

1 · Πρόβλεψε

Μια χαλκή ράβδος συνδέει ζεστό σώμα και κρύο σώμα. Αν χρησιμοποιήσεις παχύτερη ράβδο (μεγαλύτερη διατομή), η θερμότητα ρέει μέσα από αυτήν ταχύτερα ή βραδύτερα;

• 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.

2 · Διάταξη

1. 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.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη ρυθμού ροής θερμότητας στον αγωγό.
3. Ρύθμισε τη διατομή της ράβδου για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τον ρυθμό ροής θερμότητας.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε τον ρυθμό ροής θερμότητας Q̇ (άξονας y) έναντι της διατομής A (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία και περνά από την αρχή των αξόνων;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε Q̇ = kAΔT/L χρησιμοποιώντας k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Σύγκρινε με τον πίνακα.
2. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τον νόμο Fourier, γιατί ο διπλασιασμός της διατομής της ράβδου διπλασιάζει τον ρυθμό ροής θερμότητας σε σταθερή διαφορά θερμοκρασίας και μήκος.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής