Termodünaamika
Soojusjuhtimise varras
Soojus voolab varras kui Q/t = kAΔT/L.
Soojusjuhtimise varras — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Soojus voolab varras kui Q/t = kAΔT/L. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Soojusjuhtimine
Soojus voolab varras kui Q/t = kAΔT/L.
Fourier juhtivusseadus saadab soojust kiiremini, kui temperatuurigradient on suurem, ristlõige on suurem või materjalil on kõrgem soojusjuhtivus k. Varra geomeetria on valitud nii, et statsionaarne soojusvool on otsatemperatuuridest lihtne lugeda.
- Q/t = kAΔT/L
- Fourier seadus
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Vaskvarras ühendab kuuma keha ja külma keha. Kui sa kasutad paksemat varrast (suurem ristlõike pindala), kas soojus voolab sellest läbi kiiremini või aeglasemalt?
Kaalutavad ennustused
- Paksem varras juhib soojust kiiremini — suurem pindala tähendab soojusvoolule laiemat teed.
- Paksem varras juhib soojust aeglasemalt.
- Vard paksus ei mõjuta juhtimise kiirust.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Ristlõike pindala A (m²)
Mida sa mõõdad:
- Soojusvoolu kiirus Q̇ (W)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava soojusjuhtimise eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Vaskvarras (k = 401 W/(m·K), pikkus 0,1 m) ühendab 450 K keha 300 K kehaga.
- Lülita sisse juhtival soojusevoolu kiiruse näit.
- Sea iga katse jaoks vard ristlõike pindala ja kirjuta üles soojusevoolu kiirus.
Juhtiv võrrand
Fourier' juhtimisseadus — Q/t = k·A·ΔT / L
Soojus voolab materjalist läbi kiirusega, mille määravad tema juhtivus, ristlõike pindala, temperatuurierinevus ja pikkus: Q̇ = kAΔT/L. Suurem pindala või temperatuurierinevus kiirendab juhtimist; pikem tee aeglustab seda.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta ühes katses Q̇ = kAΔT/L, kasutades k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Võrdle tabeliga.
- Selgita Fourier' seaduse abil, miks vard ristlõike pindala kahekordistamine kahekordistab soojusevoolu kiiruse fikseeritud temperatuurierinevuse ja pikkuse juures.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Madala soojusjuhtivusega materjal (nagu klaas, k ≈ 0,8 W/(m·K)) juhib soojust palju aeglasemalt kui vask (k = 401 W/(m·K)) sama pindala ja pikkuse juures. Selgita, miks majade soojusisolatsioon kasutab madala k-ga materjale.
- See eksperiment muudab pindala, aga valemis on ka pikkus L nimetajas. Kas vard pikkuse kahekordistamine kahekordistaks või poolendaks soojusevoolu kiiruse? Selgita, miks pikem tee seab soojusevoolule suurema takistuse.
- 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
- Tere tulemast juhtivust varra juurde
- Vali juht
- Vajuta Esita
- Soojus varras läbi
- Ava Omaduste paneel
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.