رسانش گرمایی: جریان گرما از میان میله

1 · پیش‌بینی

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؟

• 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.

2 · آماده‌سازی

1. 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.
2. قرائت نرخ جریان گرما را روی رسانا فعال کنید.
3. سطح مقطع میله را برای هر آزمایش تنظیم کنید و نرخ جریان گرما را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، نرخ جریان گرما Q̇ (محور y) را بر حسب سطح مقطع A (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف می‌گذرد؟

4 · تحلیل

1. 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.
2. با قانون فوریه توضیح دهید چرا دوبرابرکردن سطح مقطع میله، در اختلاف دما و طول ثابت، نرخ جریان گرما را دو برابر می‌کند.

5 · گسترش

1. 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.
2. 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.

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش