Termodinamika
Laidumo strypas
Šiluma teka per strypą pagal Q/t = kAΔT/L.
Laidumo strypas — interaktyvi Termodinamika simuliacija. Šiluma teka per strypą pagal Q/t = kAΔT/L. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Šilumos laidumas
Šiluma teka per strypą pagal Q/t = kAΔT/L.
Furjė laidumo dėsnis siunčia šilumą greičiau, kai temperatūros gradientas didesnis, skerspjūvis didesnis arba medžiagos šiluminis laidumas k aukštesnis. Strypo geometrija parinkta taip, kad nuostovioji šilumos srovė būtų lengvai skaitoma iš galų temperatūrų.
- Q/t = kAΔT/L
- Furjė dėsnis
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Varinis strypas jungia karštą ir šaltą kūną. Jei naudosi storesnį strypą (didesnį skerspjūvio plotą), ar šiluma teks per jį greičiau ar lėčiau?
Svarstytini spėjimai
- Storesnis strypas laida šilumą greičiau — didesnis plotas reiškia platesnį kelią šilumos srautui.
- Storesnis strypas laida šilumą lėčiau.
- Strypo storis neveikia laidumo spartos.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Skerspjūvio plotas A (m²)
Ką tu matauji:
- Šilumos srauto sparta Q̇ (W)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Šiluminis laidumas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Varinis strypas (k = 401 W/(m·K), ilgis 0.1 m) jungia 450 K kūną su 300 K kūnu.
- Įjunk šilumos srauto spartos rodmuo ant laidininko.
- Nustatyk strypo skerspjūvio plotą kiekvienam bandymui ir užsirašyk šilumos srauto spartą.
Valdančioji lygtis
Furjė laidumo dėsnis — Q/t = k·A·ΔT / L
Šiluma teka per medžiagą sparta, kurią nustato laidumas, skerspjūvio plotas, temperatūrų skirtumas ir ilgis: Q̇ = kAΔT/L. Didesnis plotas ar temperatūrų skirtumas greitina laidumą; ilgesnis kelias lėtina.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok Q̇ = kAΔT/L naudodamas k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Palygink su lentele.
- Paaiškink, naudodamas Furjė dėsnį, kodėl strypo skerspjūvio ploto padvigubinimas padvigubina šilumos srauto spartą esant fiksuotam temperatūrų skirtumui ir ilgiui.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Medžiaga su žemu šiluminiu laidumu (kaip stiklas, k ≈ 0.8 W/(m·K)) laida šilumą kur kas lėčiau nei varis (k = 401 W/(m·K)) tam pačiam plotui ir ilgiui. Paaiškink, kodėl namų izoliacija naudoja žemo k medžiagas.
- Šis eksperimentas keičia plotą, bet formulės vardiklyje yra ir ilgis L. Ar strypo ilgio padvigubinimas padvigubintų ar perpus sumažintų šilumos srauto spartą? Paaiškink, kodėl ilgesnis kelias labiau priešinasi šilumos srautui.
- 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
- Sveiki atvykę prie laidumo strypo
- Pasirink laidininką
- Spausk Leisti
- Šiluma per strypą
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →