ترمودینامیک
میلهٔ رسانش
گرما در میله با Q/t = kAΔT/L جریان مییابد.
میلهٔ رسانش — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. گرما در میله با Q/t = kAΔT/L جریان مییابد. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
رسانش گرما
گرما در میله با Q/t = kAΔT/L جریان مییابد.
قانون رسانش فوریه وقتی گرادیان دما بزرگتر، سطح مقطع بزرگتر، یا رسانایی گرمایی ماده k بیشتر باشد گرما را تندتر میفرستد. هندسهٔ میله چنان برگزیده شده که جریان گرمای حالتپایدار از دماهای دو سر بهآسانی خوانده شود.
- Q/t = kAΔT/L
- قانون فوریه
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
میلهٔ مسی جسم داغ و جسم سرد را به هم وصل میکند. اگر میلهٔ قطورتر (سطح مقطع بیشتر) به کار ببرید، گرما تندتر یا کندتر از آن میگذرد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- میلهٔ قطورتر گرما را تندتر میرساند — مساحت بیشتر یعنی راه عریضتر برای جریان گرما.
- میلهٔ قطورتر گرما را کندتر میرساند.
- قطوری میله بر نرخ رسانش اثر ندارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- سطح مقطع A (m²)
آنچه اندازه میگیرید:
- نرخ جریان گرما Q̇ (W)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی conduction-bar را باز کنید و Reset را بفشارید. میلهٔ مسی (k = 401 W/(m·K) با طول 0.1 m) جسمی 450 K را به جسمی 300 K متصل میکند.
- قرائت نرخ جریان گرما را روی رسانا فعال کنید.
- سطح مقطع میله را برای هر آزمایش تنظیم کنید و نرخ جریان گرما را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
قانون رسانش فوریه — Q/t = k·A·ΔT / L
گرما با نرخی در مواد جریان مییابد که توسط رسانایی، سطح مقطع، اختلاف دما و طول تعیین میشود: Q̇ = kAΔT/L. سطح یا اختلاف دمای بزرگتر رسانش را تند میکند؛ مسیر بلندتر آن را کند میکند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، با k = 401 W/(m·K) و ΔT = 150 K و L = 0.1 m مقدار Q̇ = kAΔT/L را حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- با قانون فوریه توضیح دهید چرا دوبرابرکردن سطح مقطع میله، در اختلاف دما و طول ثابت، نرخ جریان گرما را دو برابر میکند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- موادی با رسانایی گرمایی کم (مانند شیشه، k ≈ 0.8 W/(m·K)) برای سطح و طول یکسان بسیار کندتر از مس (k = 401 W/(m·K)) گرما رسانا میکنند. توضیح دهید چرا عایقکاری خانه از مواد کمk استفاده میکند.
- این آزمایش مساحت را تغییر میدهد، اما در فرمول طول L هم در مخرج است. دوبرابرکردن طول میله، نرخ جریان گرما را دو برابر یا نصف میکرد؟ توضیح دهید چرا مسیر بلندتر بیشتر در برابر جریان گرما میایستد.
- 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
- به میلهٔ رسانش خوش آمدید
- انتخاب رسانا
- Play را بفشارید
- گرما در میله
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.