Termodinamica
Barra di conduzione
Il calore attraversa la sbarra con Q/t = kAΔT/L.
Barra di conduzione — simulazione interattiva (Termodinamica). Il calore attraversa la sbarra con Q/t = kAΔT/L. Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.
Conduzione termica
Il calore attraversa la sbarra con Q/t = kAΔT/L.
La legge di Fourier conduce più calore con gradiente termico maggiore, sezione maggiore o conducibilità k più alta del materiale. La geometria della barra è scelta perché la corrente termica stazionaria si legga facilmente dalle temperature alle estremità.
- Q/t = kAΔT/L
- Legge di Fourier
Sintesi dell'indagine
Pianifica la domanda prima di aprire il laboratorio
La sintesi riprende la pagina pre-renderizzata: domanda guida, previsioni concorrenti, ruoli delle variabili, leggi dominanti, procedura, analisi ed estensioni restano visibili e in quest'ordine.
Domanda guida
Una barra di rame collega un corpo caldo e uno freddo. Se usi una barra più spessa (più sezione), il calore scorre più in fretta o più lentamente?
Previsioni da valutare
- Più in fretta: più sezione è un percorso più largo per il flusso.
- Una barra più spessa conduce più lentamente.
- Lo spessore non influenza la portata.
Ruoli delle variabili
Cosa imposti tu:
- Sezione A (m²)
Cosa misuri:
- Portata termica Q̇ (W)
Come si svolge l'indagine
- Apri il preset conduction-bar e premi Reset. Una barra di rame (k = 401 W/(m·K), lunghezza 0.1 m) collega un corpo a 450 K a un corpo a 300 K.
- Attiva la lettura della portata termica sul conduttore.
- Imposta la sezione della barra per ogni prova e registra la portata.
Equazione che governa
Legge di Fourier della conduzione — Q/t = k·A·ΔT / L
Il calore fluisce attraverso un materiale a un ritmo fissato dalla sua conducibilità, dall'area della sezione, dalla differenza di temperatura e dalla lunghezza: Q̇ = kAΔT/L. Area o differenza di temperatura maggiori accelerano la conduzione; un percorso più lungo la rallenta.
Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti
- Per una prova, calcola Q̇ = kAΔT/L usando k = 401 W/(m·K); ΔT = 150 K; L = 0.1 m. Confronta con la tabella.
- Con la legge di Fourier, spiega perché raddoppiare la sezione raddoppia la portata a differenza di temperatura e lunghezza fisse.
Dove si ritrova fuori dal laboratorio
- Un materiale a bassa conducibilità termica (come il vetro, k ≈ 0.8 W/(m·K)) conduce il calore molto più lentamente del rame (k = 401 W/(m·K)) a pari area e lunghezza. Spiega perché l'isolamento delle case usa materiali a bassa k.
- Questo esperimento varia l'area, ma la formula ha anche la lunghezza L al denominatore. Raddoppiare la lunghezza raddoppia o dimezza la portata? Spiega perché un percorso più lungo resiste di più al flusso.
- 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
- Benvenuto alla barra di conduzione
- Seleziona il conduttore
- Premi Play
- Calore attraverso la barra
- Apri il pannello Proprietà
- Ce l'hai fatta!
Apri la simulazione interattiva per costruire la scena, premere Play ed esplorare con misure dal vivo e un tutorial guidato.
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