Hővezetés: hőáramlás egy rúdon át

1 · Jóslás

Egy rézrúd köt össze egy forró és egy hideg testet. Ha vastagabb rudat használsz (nagyobb keresztmetszet), gyorsabban vagy lassabban áramlik át rajta a hő?

• A vastagabb rúd gyorsabban vezeti a hőt — a nagyobb felület tágabb utat ad a hőáramlásnak.
• A vastagabb rúd lassabban vezeti a hőt.
• A rúd vastagsága nem befolyásolja a vezetés ütemét.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a conduction-bar előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Egy rézrúd (k = 401 W/(m·K), hossz 0.1 m) köt össze egy 450 K-es testet egy 300 K-es testtel.
2. Engedélyezd a hőáramlási sebesség kijelzőt a vezetőn.
3. Állítsd be a rúd keresztmetszetét minden mérésnél, és rögzítsd a hőáramlási sebességet.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a hőáramlási sebességet Q̇ (y-tengely) az A keresztmetszettel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal az origón át?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a Q̇ = kAΔT/L-t k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
2. Magyarázd meg a Fourier-törvény segítségével, miért duplázza a hőáramlás sebességét a rúd keresztmetszetének megduplázása rögzített hőmérséklet-különbségnél és hossznál.

5 · Kiterjesztés

1. Egy alacsony hővezetésű anyag (mint az üveg, k ≈ 0.8 W/(m·K)) sokkal lassabban vezeti a hőt, mint a réz (k = 401 W/(m·K)) ugyanazon felületnél és hossznál. Magyarázd meg, miért használnak a házak szigetelése alacsony k-jú anyagokat.
2. Ez a kísérlet a felületet változtatja, de a képlet nevezőjében L hossz is szerepel. A rúd hosszának megduplázása duplázná vagy felezné a hőáramlási sebességet? Magyarázd meg, miért állít ellene nagyobb ellenállású út a hőáramlásnak.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap