Termodinamika
Šipka vodljivosti
Toplina teče kroz šipku brzinom Q/t = kAΔT/L.
Šipka vodljivosti — interaktivna simulacija: Termodinamika. Toplina teče kroz šipku brzinom Q/t = kAΔT/L. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Provođenje topline
Toplina teče kroz šipku brzinom Q/t = kAΔT/L.
Fourierov zakon condukcije šalje toplinu brže kad je gradijent temperature veći, presjek veći ili materijal ima veću toplinsku provodnost k. Geometrija šipke odabrana je tako da se stacionarna toplinska struja lako očita iz temperatura krajeva.
- Q/t = kAΔT/L
- Fourierov zakon
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Bakrena šipka povezuje vruće i hladno tijelo. Ako koristiš deblju šipku (veći poprečni presjek), teče li toplina kroz nju brže ili sporije?
Predviđanja za odvagnuti
- Deblja šipka provodi toplinu brže — veća površina znači širi put za tok topline.
- Deblja šipka provodi toplinu sporije.
- Debljina šipke ne utječe na brzinu provođenja.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Presjek A (m²)
Što mjeriš:
- Brzina toka topline Q̇ (W)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav conduction-bar i pritisni Resetiraj. Bakrena šipka (k = 401 W/(m·K), duljina 0.1 m) povezuje tijelo od 450 K s tijelom od 300 K.
- Omogući očitanje brzine toka topline na vodiču.
- Postavi poprečni presjek šipke za svaki pokušaj i zabilježi brzinu toka topline.
Odgovarajuća jednadžba
Fourierov zakon provođenja — Q/t = k·A·ΔT / L
Toplina teče kroz materijal brzinom koju određuju provodnost, poprečni presjek, razlika temperature i duljina: Q̇ = kAΔT/L. Veća površina ili razlika temperature ubrzava provođenje; duži put ga usporava.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj Q̇ = kAΔT/L koristeći k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Usporedi s tablicom.
- Objasni, koristeći Fourierov zakon, zašto udvostručenje poprečnog presjeka šipke udvostručuje brzinu toka topline pri fiksnoj razlici temperature i duljini.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Materijal niske toplinske provodnosti (poput stakla, k ≈ 0.8 W/(m·K)) provodi toplinu daleko sporije od bakra (k = 401 W/(m·K)) za istu površinu i duljinu. Objasni zašto kućna izolacija koristi materijale niskog k.
- Ovaj pokus mijenja površinu, ali formula ima i duljinu L u nazivniku. Bi li udvostručenje duljine šipke udvostručilo ili prepolovilo brzinu toka topline? Objasni zašto duži put više opire toku topline.
- 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
- Dobro došli u šipku vodljivosti
- Odaberi vodič
- Pritisni Pokreni
- Toplina kroz šipku
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →