Termodinamika
Vadīšanas stienis
Siltums plūst cauri stienim ar Q/t = kAΔT/L.
Vadīšanas stienis — interaktīva Termodinamika simulācija. Siltums plūst cauri stienim ar Q/t = kAΔT/L. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Siltumvadīšana
Siltums plūst cauri stienim ar Q/t = kAΔT/L.
Furjē siltumvadīšanas likums sūta siltumu ātrāk, kad temperatūras gradients ir lielāks, šķērsgriezums lielāks vai materiālam augstāka siltumvadītspēja k. Stieņa ģeometrija izvēlēta tā, lai stacionāro siltuma strāvu var viegli nolasīt no gala temperatūrām.
- Q/t = kAΔT/L
- Furjē likums
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Vara stienis savieno karstu ķermeni un aukstu ķermeni. Ja izmanto resnāku stieni (lielāku šķērsgriezuma laukumu), vai siltums plūst cauri tam ātrāk vai lēnāk?
Prognozes, ko svērt
- Resnāks stienis vadā siltumu ātrāk — lielāks laukums nozīmē platāku ceļu siltuma plūsmai.
- Resnāks stienis vadā siltumu lēnāk.
- Stieņa resnums neietekmē vadīšanas ātrumu.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Šķērsgriezuma laukums A (m²)
Ko tu mēri:
- Siltuma plūsmas ātrums Q̇ (W)
Kā izpēte norit
- Atver vadīšanas stieņa eksperimentu un nospied Atiestatīt. Varas stienis (k = 401 W/(m·K), garums 0.1 m) savieno 450 K ķermeni ar 300 K ķermeni.
- Ieslēdz siltuma plūsmas ātruma rādījumu uz vadītāja.
- Iestati stieņa šķērsgriezuma laukumu katram mēģinājumam un ieraksti siltuma plūsmas ātrumu.
Noteicošais vienādojums
Furjē siltumvadīšanas likums — Q/t = k·A·ΔT / L
Siltums plūst cauri materiālam ar ātrumu, ko nosaka tā vadītspēja, šķērsgriezuma laukums, temperatūru starpība un garums: Q̇ = kAΔT/L. Lielāks laukums vai temperatūru starpība paātrina vadīšanu; garāks ceļš to palēnina.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini Q̇ = kAΔT/L ar k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Salīdzini ar tabulu.
- Izskaidro, izmantojot Furjē likumu, kāpēc stieņa šķērsgriezuma laukuma dubultošana dubulto siltuma plūsmas ātrumu pie fiksētas temperatūru starpības un garuma.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Materiāls ar zemu siltumvadītspēju (kā stikls, k ≈ 0.8 W/(m·K)) vadā siltumu daudz lēnāk nekā varš (k = 401 W/(m·K)) pie tā paša laukuma un garuma. Izskaidro, kāpēc māju siltināšana izmanto zema k materiālus.
- Šis eksperiments maina laukumu, bet formulā arī ir garums L saucējā. Vai stieņa garuma dubultošana dubultotu vai halvētu siltuma plūsmas ātrumu? Izskaidro, kāpēc garāks ceļš vairāk pretojas siltuma plūsmai.
- 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
- Sveicināts vadīšanas stieņa eksperimentā
- Atlasīts vadītāju
- Nospied „Atskaņot”
- Siltums cauri stienim
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →