熱伝導：棒を通る熱の流れ

1 · 予測

銅の棒が高温の物体と低温の物体をつないでいる。より太い棒（断面積が大きい）を使うと、熱は速く流れるか遅く流れるか？

• 太い棒は熱を速く伝える — 面積が大きいほど熱の通り道が広くなる。
• 太い棒は熱をゆっくり伝える。
• 棒の太さは熱伝導率に影響しない。

2 · 準備

1. conduction-bar プリセットを開き、「リセット」を押す。銅の棒（k = 401 W/(m·K)、長さ 0.1 m）が 450 K の物体と 300 K の物体をつなぐ。
2. 導体の熱流率表示を有効にする。
3. 各試行の棒の断面積を設定し、熱流率を記録する。

3 · データ収集

3回の試行について、熱流率 Q̇（縦軸）を断面積 A（横軸）に対してプロットする。原点を通る直線になるか？

4 · 分析

1. 1回の試行について、k = 401 W/(m·K)、ΔT = 150 K、L = 0.1 m を用いて Q̇ = kAΔT/L を計算する。表と比較する。
2. 温度差と長さを一定にしたとき、棒の断面積を2倍にすると熱流率も2倍になる理由をフーリエの法則を用いて説明する。

5 · 発展

1. 熱伝導率が低い材料（ガラスなど、k ≈ 0.8 W/(m·K)）は、同じ面積と長さなら銅（k = 401 W/(m·K)）よりはるかにゆっくり熱を伝える。住宅の断熱材が低 k の材料を使う理由を説明する。
2. この実験では面積を変えるが、式には分母の長さ L も含まれる。棒の長さを2倍にすると、熱流率は2倍になるか半分になるか？経路が長いほど熱の流れに抵抗する理由を説明する。

この実験の物理

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