Lämmönjohtuminen: lämmönvirtaus tangon läpi

1 · Ennusta

Kuparitanko yhdistää kuuman ja kylmän kappaleen. Jos käytät paksumpaa tankoa (suurempi poikkipinta-ala), virtaako lämpö sen läpi nopeammin vai hitaammin?

• Paksumpi tanko johtaa lämpöä nopeammin – enemmän pinta-alaa tarkoittaa leveämmän reitin lämmönvirralle.
• Paksumpi tanko johtaa lämpöä hitaammin.
• Tangon paksuus ei vaikuta johtumisnopeuteen.

2 · Kokoa

1. Avaa johtumistanko-esiasetus ja paina Nollaa. Kuparitanko (k = 401 W/(m·K), pituus 0.1 m) yhdistää 450 K kappaleen 300 K kappaleeseen.
2. Ota käyttöön lämmönvirtausnopeuden lukema johdinta.
3. Aseta tangon poikkipinta-ala jokaiselle suoritukselle ja kirjaa lämmönvirtausnopeus.

3 · Kerää data

Kuvaa lämmönvirtausnopeus Q̇ (y-akseli) poikkipinta-alaa A vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske Q̇ = kAΔT/L arvoilla k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Vertaa taulukkoon.
2. Selitä Fourier'n lain avulla, miksi tangon poikkipinta-alan kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa lämmönvirtausnopeuden kiinteällä lämpötilaerolla ja pituudella.

5 · Laajenna

1. Materiaalilla, jolla on matala lämmönjohtavuus (kuten lasilla, k ≈ 0.8 W/(m·K)), kestää johtaa lämpöä paljon hitaammin kuin kuparilla (k = 401 W/(m·K)) samalla pinta-alalla ja pituudella. Selitä, miksi taloeristys käyttää matalan k:n materiaaleja.
2. Tämä koe vaihtelee pinta-alaa, mutta kaavassa on myös pituus L nimittäjässä. Kaksinkertaistaisiko tangon pituuden kaksinkertaistaminen vai puolittaako lämmönvirtausnopeuden? Selitä, miksi pidempi reitti vastustaa lämmönvirtausta enemmän.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia