Conducție termică: fluxul de căldură printr-o bară

1 · Prezice

O bară de cupru leagă un corp cald și unul rece. Dacă folosești o bară mai groasă (secțiune transversală mai mare), căldura curge prin ea mai repede sau mai încet?

• O bară mai groasă conduce căldura mai repede — mai multă arie înseamnă o cale mai lată pentru fluxul de căldură.
• O bară mai groasă conduce căldura mai încet.
• Grosimea barei nu afectează rata de conducție.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea conduction-bar și apasă Resetează. O bară de cupru (k = 401 W/(m·K), lungime 0.1 m) leagă un corp de 450 K de unul de 300 K.
2. Activează citirea ratei fluxului termic pe conductor.
3. Setează aria secțiunii barei pentru fiecare încercare și înregistrează rata fluxului termic.

3 · Colectează date

Plotează rata fluxului termic Q̇ (axa y) în funcție de aria secțiunii A (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează Q̇ = kAΔT/L folosind k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Compară cu tabelul.
2. Explică, folosind legea lui Fourier, de ce dublarea ariei secțiunii barei dublează rata fluxului de căldură la diferență de temperatură și lungime fixe.

5 · Extinde

1. Un material cu conductivitate termică mică (ca sticla, k ≈ 0.8 W/(m·K)) conduce căldura mult mai încet decât cuprul (k = 401 W/(m·K)) pentru aceeași arie și lungime. Explică de ce izolația caselor folosește materiale cu k mic.
2. Acest experiment variază aria, dar formula are și lungimea L la numitor. Dublarea lungimii barei ar dubla sau ar injumătăți rata fluxului termic? Explică de ce o cale mai lungă rezistă mai mult fluxului de căldură.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit