Siltumvadīšana: siltuma plūsma cauri stienim

1 · Prognozē

Vara stienis savieno karstu ķermeni un aukstu ķermeni. Ja izmanto resnāku stieni (lielāku šķērsgriezuma laukumu), vai siltums plūst cauri tam ātrāk vai lēnāk?

• Resnāks stienis vadā siltumu ātrāk — lielāks laukums nozīmē platāku ceļu siltuma plūsmai.
• Resnāks stienis vadā siltumu lēnāk.
• Stieņa resnums neietekmē vadīšanas ātrumu.

2 · Iestati

1. 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.
2. Ieslēdz siltuma plūsmas ātruma rādījumu uz vadītāja.
3. Iestati stieņa šķērsgriezuma laukumu katram mēģinājumam un ieraksti siltuma plūsmas ātrumu.

3 · Vāc datus

Zīmē siltuma plūsmas ātrumu Q̇ (y ass) pret šķērsgriezuma laukumu A (x ass) saviem trim mēģinājumiem. Vai līnija ir taisna caur sākumpunktu?

4 · Analizē

1. Vienam mēģinājumam izrēķini Q̇ = kAΔT/L ar k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Salīdzini ar tabulu.
2. Izskaidro, izmantojot Furjē likumu, kāpēc stieņa šķērsgriezuma laukuma dubultošana dubulto siltuma plūsmas ātrumu pie fiksētas temperatūru starpības un garuma.

5 · Paplašina

1. 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.
2. 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.

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas