Warmtegeleiding: warmtestroom door een staaf

1 · Voorspel

Een koperen staaf verbindt een heet lichaam en een koud lichaam. Als je een dikkere staaf gebruikt (meer dwarsdoorsnede-oppervlak), stroomt warmte er dan sneller of langzamer doorheen?

• Een dikkere staaf geleidt warmte sneller — meer oppervlak betekent een bredere weg voor de warmtestroom.
• Een dikkere staaf geleidt warmte langzamer.
• De dikte van de staaf beïnvloedt de geleidingssnelheid niet.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling conduction-bar en druk op Herstel. Een koperen staaf (k = 401 W/(m·K), lengte 0,1 m) verbindt een lichaam van 450 K met een lichaam van 300 K.
2. Zet de aflezing van de warmtestroom op de geleider aan.
3. Stel voor elke meting het dwarsdoorsnede-oppervlak van de staaf in en noteer de warmtestroom.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen de warmtestroom Q̇ (y-as) uit tegen het dwarsdoorsnede-oppervlak A (x-as). Is de lijn recht en door de oorsprong?

4 · Analyseer

1. Reken voor één meting Q̇ = kAΔT/L uit met k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Vergelijk met de tabel.
2. Leg, met de wet van Fourier, uit waarom het verdubbelen van het dwarsdoorsnede-oppervlak van de staaf bij vast temperatuurverschil en vaste lengte de warmtestroom verdubbelt.

5 · Verdiep

1. Een materiaal met lage warmtegeleidbaarheid (zoals glas, k ≈ 0.8 W/(m·K)) geleidt warmte bij hetzelfde oppervlak en dezelfde lengte veel langzamer dan koper (k = 401 W/(m·K)). Leg uit waarom huisisolatie materialen met lage k gebruikt.
2. Dit experiment varieert het oppervlak, maar de formule heeft ook lengte L in de noemer. Verdubbelt of halveert een verdubbelde staaflengte de warmtestroom? Leg uit waarom een langere weg meer weerstand biedt aan de warmtestroom.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde