Termodynamika
Pasek przewodzenia
Ciepło przepływa przez pręt z Q/t = kAΔT/L.
Pasek przewodzenia — interaktywna symulacja: Termodynamika. Ciepło przepływa przez pręt z Q/t = kAΔT/L. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Przewodzenie ciepła
Ciepło przepływa przez pręt z Q/t = kAΔT/L.
Prawo przewodzenia Fouriera niesie ciepło szybciej, gdy gradient temperatury jest większy, przekrój większy, albo materiał ma wyższe przewodnictwo cieplne k. Geometria paska jest dobrana tak, by stan ustalony strumienia ciepła łatwo odczytać z temperatur końcowych.
- Q/t = kAΔT/L
- Prawo Fouriera
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Miedziany pasek łączy ciało gorące i zimne. Jeśli użyjesz grubszego paska (większego przekroju), czy ciepło płynie przez niego szybciej czy wolniej?
Prognozy do rozważenia
- Grubszy pasek przewodzi ciepło szybciej — większe pole to szersza droga dla ciepła.
- Grubszy pasek przewodzi ciepło wolniej.
- Grubość paska nie wpływa na tempo przewodzenia.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Pole przekroju A (m²)
Co mierzysz:
- Tempo przepływu ciepła Q̇ (W)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset conduction-bar i naciśnij Reset. Miedziany pręt (k = 401 W/(m·K), długość 0.1 m) łączy ciało 450 K z ciałem 300 K.
- Włącz odczyt tempa przepływu ciepła na przewodniku.
- Ustaw pole przekroju paska dla każdej próby i zapisz tempo przepływu ciepła.
Równanie rządzące
Prawo przewodzenia Fouriera — Q/t = k·A·ΔT / L
Ciepło płynie przez materiał z tempem wyznaczonym przez jego przewodność, pole przekroju, różnicę temperatur i długość: Q̇ = kAΔT/L. Większa powierzchnia albo różnica temperatur przyspiesza przewodzenie; dłuższa droga je spowalnia.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz Q̇ = kAΔT/L, używając k = 401 W/(m·K); ΔT = 150 K; L = 0.1 m. Porównaj z tabelą.
- Prawem Fouriera wyjaśnij, dlaczego podwojenie pola przekroju paska podwaja tempo przepływu ciepła przy stałej różnicy temperatur i długości.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Materiał o niskiej przewodności cieplnej (jak szkło, k ≈ 0.8 W/(m·K)) prowadzi ciepło znacznie wolniej niż miedź (k = 401 W/(m·K)) przy tej samej powierzchni i długości. Wyjaśnij, dlaczego izolacje domów używają materiałów o niskim k.
- Ten eksperyment zmienia pole, ale we wzorze w mianowniku jest też długość L. Czy podwojenie długości paska podwoi czy połówkuje tempo przepływu ciepła? Wyjaśnij, dlaczego dłuższa droga stawia ciepłu większy opór.
- 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
- Witamy w pasku przewodzenia
- Zaznacz przewodnik
- Naciśnij Play
- Ciepło przez pasek
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →