Varmeledning: varmestrøm gjennom en stav

1 · Prediker

En kobberstaver forbinder et varmt legeme og et kaldt legeme. Hvis du bruker en tykkere stav (større tverrsnittsareal), flyter varmen gjennom den raskere eller saktere?

• En tykkere stav leder varme raskere — mer areal betyr en bredere bane for varmestrømmen.
• En tykkere stav leder varme saktere.
• Stavtykkelsen påvirker ikke ledningshastigheten.

2 · Oppsett

1. Åpne varmeledningsstav-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. En kobberstaver (k = 401 W/(m·K), lengde 0,1 m) forbinder et legeme ved 450 K med et legeme ved 300 K.
2. Aktiver varmestrømningshastighet-avlesningen på lederen.
3. Sett stavens tverrsnittsareal for hvert forsøk og registrer varmestrømningshastigheten.

3 · Samle inn data

Plott varmestrømningshastighet Q̇ (y-akse) mot tverrsnittsareal A (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett gjennom origo?

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn Q̇ = kAΔT/L med k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0,1 m. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar, med Fouriers lov, hvorfor dobling av stavens tverrsnittsareal dobler varmestrømningshastigheten ved fast temperaturdifferanse og lengde.

5 · Utvid

1. Et materiale med lav varmeledningsevne (som glass, k ≈ 0,8 W/(m·K)) leder varme langt saktere enn kobber (k = 401 W/(m·K)) for samme areal og lengde. Forklar hvorfor husisolasjon bruker lav-k-materialer.
2. Dette eksperimentet varierer areal, men formelen har også lengden L i nevneren. Ville dobling av stavens lengde doble eller halvere varmestrømningshastigheten? Forklar hvorfor en lengre bane motstår varmestrøm mer.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark