Przewodzenie ciepła: przepływ przez pasek

1 · Prognoza

Miedziany pasek łączy ciało gorące i zimne. Jeśli użyjesz grubszego paska (większego przekroju), czy ciepło płynie przez niego szybciej czy wolniej?

• Grubszy pasek przewodzi ciepło szybciej — większe pole to szersza droga dla ciepła.
• Grubszy pasek przewodzi ciepło wolniej.
• Grubość paska nie wpływa na tempo przewodzenia.

2 · Przygotowanie

1. 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.
2. Włącz odczyt tempa przepływu ciepła na przewodniku.
3. Ustaw pole przekroju paska dla każdej próby i zapisz tempo przepływu ciepła.

3 · Zbieranie danych

Narysuj tempo przepływu ciepła Q̇ (oś y) względem pola przekroju A (oś x) dla trzech prób. Czy prosta przechodzi przez początek układu?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz Q̇ = kAΔT/L, używając k = 401 W/(m·K); ΔT = 150 K; L = 0.1 m. Porównaj z tabelą.
2. Prawem Fouriera wyjaśnij, dlaczego podwojenie pola przekroju paska podwaja tempo przepływu ciepła przy stałej różnicy temperatur i długości.

5 · Rozszerzenie

1. 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.
2. 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.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu