थर्मल चालन: एक बार के माध्यम से गर्मी का प्रवाह

1 · भविष्यवाणी

तांबे की पट्टी गर्म शरीर और ठंडे शरीर को जोड़ती है। यदि आप एक मोटी पट्टी (अधिक cross-sectional क्षेत्र) का उपयोग करते हैं, तो क्या इसमें गर्मी तेजी से या धीमी गति से प्रवाहित होती है?

• एक मोटी पट्टी तेजी से गर्मी का संचालन करती है - अधिक क्षेत्र का मतलब है गर्मी के प्रवाह के लिए एक व्यापक मार्ग।
• एक मोटी पट्टी धीमी गति से ऊष्मा का संचालन करती है।
• बार की मोटाई चालन दर को प्रभावित नहीं करती है।

2 · सेट अप

1. conduction-bar प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। एक तांबे की पट्टी (k = 401 W/(m·K), लंबाई 0.1 m) 450 K बॉडी को 300 K बॉडी से जोड़ती है।
2. कंडक्टर पर heat-flow-rate रीडआउट सक्षम करें।
3. प्रत्येक परीक्षण के लिए बार का cross-sectional क्षेत्र सेट करें और heat-flow दर रिकॉर्ड करें।

3 · डेटा एकत्रित करें

अपने तीन परीक्षणों के लिए cross-sectional क्षेत्र A (x-अक्ष) के विरुद्ध heat-flow दर Q̇ (y-अक्ष) प्लॉट करें। क्या रेखा मूल बिन्दु से होकर सीधी जाती है?

4 · विश्लेषण करें

1. एक परीक्षण के लिए, k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m का उपयोग करके Q̇ = kAΔT/L की गणना करें। तालिका से तुलना करें.
2. फूरियर के नियम का उपयोग करके समझाएं कि बार के cross-sectional क्षेत्र को दोगुना करने से निश्चित तापमान अंतर और लंबाई पर गर्मी प्रवाह की दर दोगुनी क्यों हो जाती है।

5 · विस्तार

1. कम तापीय चालकता वाली सामग्री (जैसे कांच, k ≈ 0.8 W/(m·K)) समान क्षेत्र और लंबाई के लिए तांबे (k = 401 W/(m·K)) की तुलना में कहीं अधिक धीमी गति से गर्मी का संचालन करती है। बताएं कि घर के इन्सुलेशन में low-k सामग्री का उपयोग क्यों किया जाता है।
2. यह प्रयोग क्षेत्रफल बदलता है, लेकिन सूत्र में हर में लंबाई L भी है। क्या बार की लंबाई दोगुनी करने से heat-flow दर दोगुनी या आधी हो जाएगी? बताएं कि लंबा रास्ता ऊष्मा प्रवाह का अधिक प्रतिरोध क्यों करता है।

इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी

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