Thermodynamique
Barre de conduction
La chaleur traverse la barre à Q/t = kAΔT/L.
Barre de conduction — simulation interactive de Thermodynamique. La chaleur traverse la barre à Q/t = kAΔT/L. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Conduction thermique
La chaleur s'écoule le long de la barre à Q/t = kAΔT/L.
La loi de conduction de Fourier fait circuler la chaleur plus vite lorsque le gradient de température est plus grand, la section plus large, ou le matériau a une conductivité thermique k plus élevée. La géométrie de la barre est choisie pour que le courant de chaleur en régime permanent soit facile à lire à partir des températures aux extrémités.
- Conduction thermique Q/t = kAΔT/L
- Loi de Fourier
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Une barre de cuivre relie un corps chaud et un corps froid. Si vous utilisez une barre plus épaisse (plus de section transversale), la chaleur la traverse-t-elle plus rapidement ou plus lentement ?
Des pronostics à peser
- Une barre plus épaisse conduit la chaleur plus rapidement : plus de surface signifie un chemin plus large pour le flux de chaleur.
- Une barre plus épaisse conduit la chaleur plus lentement.
- L'épaisseur de la barre n'affecte pas le taux de conduction.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Aire transversale A (m²)
Ce que vous mesurez :
- Débit thermique Q̇ (W)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage « barre de conduction » et appuyez sur Réinitialiser. Une barre de cuivre (k = 401 W/(m·K), longueur 0.1 m) relie un corps à 450 K à un corps à 300 K.
- Activer la lecture du débit thermique sur le conducteur.
- Réglez la section transversale de la barre pour chaque essai et enregistrez le débit thermique.
Équation gouvernante
Loi de conduction de Fourier — Q/t = k·A·ΔT / L
La chaleur circule à travers un matériau à une vitesse définie par sa conductivité, sa section transversale, sa différence de température et sa longueur : Q̇ = kAΔT/L. Une plus grande surface ou une différence de température accélère la conduction ; un chemin plus long le ralentit.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez Q̇ = kAΔT/L en utilisant k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Comparez avec le tableau.
- Expliquez, à l'aide de la loi de Fourier, pourquoi le doublement de la section transversale de la barre double le débit de chaleur à une différence de température et une longueur fixes.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Un matériau à faible conductivité thermique (comme le verre, k ≈ 0.8 W/(m·K)) conduit la chaleur beaucoup plus lentement que le cuivre (k = 401 W/(m·K)) pour la même surface et la même longueur. Expliquez pourquoi l'isolation de la maison utilise des matériaux à faible coefficient de conductivité.
- Cette expérience fait varier la surface, mais la formule a également la longueur L au dénominateur. Doubler la longueur de la barre doublerait-il ou réduirait-il de moitié le débit thermique ? Expliquez pourquoi un chemin plus long résiste davantage au flux de chaleur.
- 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
- Bienvenue dans la barre de conduction
- Sélectionnez le conducteur
- Appuyez sur Lecture
- chaleur à travers la barre
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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