Термодинамика
Стержень теплопроводности
Тепло проходит через стержень: Q/t = kAΔT/L.
Стержень теплопроводности — интерактивная симуляция (Термодинамика). Тепло проходит через стержень: Q/t = kAΔT/L. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Теплопроводность
Тепло проходит через стержень: Q/t = kAΔT/L.
Закон Фурье ведёт теплоту быстрее при большем градиенте температуры, большем сечении или большей теплопроводности материала k. Геометрия стержня выбрана так, чтобы стационарный тепловой ток легко считывался по температурам концов.
- Q/t = kAΔT/L
- Закон Фурье
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Медный стержень соединяет горячее и холодное тела. Если взять более толстый стержень (больше площадь сечения), потечёт ли теплота через него быстрее или медленнее?
Прогнозы для взвешивания
- Более толстый стержень проводит теплоту быстрее — большая площадь даёт более широкий путь потоку.
- Более толстый стержень проводит теплоту медленнее.
- Толщина стержня не влияет на скорость теплопроводности.
Роли переменных
Что вы задали:
- Площадь сечения A (m²)
Что вы измеряете:
- Скорость теплового потока Q̇ (W)
Как идёт исследование
- Откройте пресет conduction-bar и нажмите «Сброс». Медный стержень (k = 401 Вт/(м·К), длина 0.1 м) соединяет тело 450 K с телом 300 K.
- Включите показание скорости теплового потока на проводнике.
- Задайте площадь сечения стержня для каждой пробы и запишите скорость теплового потока.
Определяющее уравнение
Закон Фурье для теплопроводности — Q/t = k·A·ΔT / L
Тепло течёт через материал со скоростью, определяемой его проводимостью, площадью сечения, разностью температур и длиной: Q̇ = kAΔT/L. Больше площадь или разность температур — теплопроводность ускоряется; длиннее путь — замедляется.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите Q̇ = kAΔT/L, используя k = 401 Вт/(м·К); ΔT = 150 K; L = 0.1 м. Сравните с таблицей.
- По закону Фурье объясните, почему удвоение площади сечения стержня удваивает скорость теплового потока при фиксированных разности температур и длине.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Материал с низкой теплопроводностью (например, стекло, k ≈ 0.8 Вт/(м·К)) проводит тепло намного медленнее меди (k = 401 Вт/(м·К)) при той же площади и длине. Объясните, почему для утепления домов используют низко-k материалы.
- Этот эксперимент меняет площадь, но в формуле в знаменателе есть и длина L. Удвоение длины стержня удвоит или уполовинит скорость теплового потока? Объясните, почему более длинный путь сильнее сопротивляется потоку теплоты.
- 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
- Добро пожаловать к стержню теплопроводности
- Выберите проводник
- Нажмите Play
- Теплота сквозь стержень
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →