Termodinâmica
Barra de condução
Calor flui pela barra em Q/t = kAΔT/L.
Barra de condução — simulação interativa de Termodinâmica. Calor flui pela barra em Q/t = kAΔT/L. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
Condução de calor
O calor flui pela barra a Q/t = kAΔT/L.
A lei da condução de Fourier faz o calor fluir mais rápido quando o gradiente de temperatura é maior, a seção transversal é maior, ou o material tem maior condutividade térmica k. A geometria da barra é escolhida para que a corrente de calor em estado estacionário seja fácil de ler a partir das temperaturas nas extremidades.
- Q/t = kAΔT/L
- Lei de Fourier
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta de direção
Uma barra de cobre conecta um corpo quente e um corpo frio. Se você usar uma barra mais grossa (maior área de seção transversal), o calor flui através dela mais rápido ou mais devagar?
Previsões para pesar
- Uma barra mais espessa conduz o calor mais rapidamente – mais área significa um caminho mais amplo para o fluxo de calor.
- Uma barra mais grossa conduz o calor mais lentamente.
- A espessura da barra não afeta a taxa de condução.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Área da seção transversal A (m²)
O que você mede:
- Taxa de fluxo de calor Q̇ (W)
Como funciona a investigação
- Abra o preset da barra de condução e pressione Redefinir. Uma barra de cobre (k = 401 W/(m·K), comprimento 0.1 m) conecta um corpo a 450 K a um corpo a 300 K.
- Habilite a leitura da taxa de fluxo de calor no condutor.
- Defina a área da seção transversal da barra para cada tentativa e registre a taxa de fluxo de calor.
Equação governante
Lei de Condução de Fourier — Q/t = k·A·ΔT / L
O calor flui através de um material a uma taxa definida por sua condutividade, área de seção transversal, diferença de temperatura e comprimento: Q̇ = kAΔT/L. Maior área ou diferença de temperatura acelera a condução; um caminho mais longo o retarda.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Para uma tentativa, calcule Q̇ = kAΔT/L usando k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Compare com a tabela.
- Explique, usando a lei de Fourier, por que duplicar a área da seção transversal da barra duplica a taxa de fluxo de calor a uma diferença fixa de temperatura e comprimento.
Onde isso aparece além do laboratório
- Um material com baixa condutividade térmica (como o vidro, k ≈ 0.8 W/(m·K)) conduz calor muito mais lentamente que o cobre (k = 401 W/(m·K)) para a mesma área e comprimento. Explique por que o isolamento de casas usa materiais de baixo teor de k.
- Este experimento varia de área, mas a fórmula também tem comprimento L no denominador. Dobrar o comprimento da barra dobraria ou reduziria pela metade a taxa de fluxo de calor? Explique por que um caminho mais longo resiste mais ao fluxo de calor.
- 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
- Bem-vindo à barra de condução
- Selecione o condutor
- Pressione Reproduzir
- calor através da barra
- Abra o Inspetor
- Você conseguiu!
Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.
Abrir laboratório interativo →
Baixe a planilha do laboratório →