Termodinámica
Barra de conducción
El calor fluye por la barra a Q/t = kAΔT/L.
Barra de conducción — simulación interactiva de Termodinámica. El calor fluye por la barra a Q/t = kAΔT/L. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Conducción de calor
El calor fluye por la barra a Q/t = kAΔT/L.
La ley de conducción de Fourier hace que el calor fluya más rápido cuando el gradiente de temperatura es mayor, la sección transversal es mayor o el material tiene mayor conductividad térmica k. La geometría de la barra se elige para que la corriente de calor en estado estacionario sea fácil de leer a partir de las temperaturas de los extremos.
- Conducción térmica Q/t = kAΔT/L
- Ley de Fourier
Informe de investigación
Planifique la pregunta antes de abrir el laboratorio.
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta de conducción
Una barra de cobre conecta un cuerpo caliente y un cuerpo frío. Si usa una barra más gruesa (más área de sección transversal), ¿el calor fluye a través de ella más rápido o más lento?
Predicciones para pesar
- Una barra más gruesa conduce el calor más rápido; más área significa un camino más amplio para el flujo de calor.
- Una barra más gruesa conduce el calor más lentamente.
- El espesor de la barra no afecta la velocidad de conducción.
Roles variables
Lo que configuraste:
- Área de sección transversal A (m²)
Lo que mides:
- Tasa de flujo de calor Q̇ (W)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste de la barra de conducción y presione Restablecer. Una barra de cobre (k = 401 W/(m·K), longitud 0.1 m) conecta un cuerpo a 450 K con un cuerpo a 300 K.
- Habilite la lectura del flujo de calor en el conductor.
- Establezca el área de la sección transversal de la barra para cada prueba y registre la tasa de flujo de calor.
Ecuación rectora
Ley de conducción de Fourier — Q/t = k·A·ΔT / L
El calor fluye a través de un material a una velocidad determinada por su conductividad, área de sección transversal, diferencia de temperatura y longitud: Q̇ = kAΔT/L. Un área más grande o una diferencia de temperatura acelera la conducción; un camino más largo lo frena.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Para una prueba, calcule Q̇ = kAΔT/L usando k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Compare con la tabla.
- Explique, utilizando la ley de Fourier, por qué al duplicar el área de la sección transversal de la barra se duplica la tasa de flujo de calor con una diferencia de temperatura y una longitud fijas.
¿Dónde aparece esto más allá del laboratorio?
- Un material con baja conductividad térmica (como el vidrio, k ≈ 0.8 W/(m·K)) conduce el calor mucho más lentamente que el cobre (k = 401 W/(m·K)) para la misma área y longitud. Explique por qué el aislamiento de una casa utiliza materiales de baja k.
- Este experimento varía el área, pero la fórmula también tiene una longitud L en el denominador. ¿Duplicar la longitud de la barra duplicaría o reduciría a la mitad la tasa de flujo de calor? Explique por qué un camino más largo resiste más el flujo de calor.
- 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
- Bienvenido a la barra de conducción
- Selecciona el conductor
- Pulsa Reproducir
- Calor a través de la barra
- Abre el panel de estudio
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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