Termodynamika
Vodivá tyč
Teplo prechádza tyčou rýchlosťou Q/t = kAΔT/L.
Vodivá tyč — interaktívna simulácia Termodynamika. Teplo prechádza tyčou rýchlosťou Q/t = kAΔT/L. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Vedenie tepla
Teplo prechádza tyčou rýchlosťou Q/t = kAΔT/L.
Fourierov zákon vedenia posiela teplo rýchlejšie, keď je teplotný spád väčší, prierez väčší alebo materiál má vyššiu tepelnú vodivosť k. Geometria tyče je zvolená tak, aby sa ustálený tepelný prúd dal ľahko prečítať z koncových teplôt.
- Q/t = kAΔT/L
- Fourierov zákon
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Medená tyč spája teplé a studené teleso. Ak použiješ hrubšiu tyč (väčší prierez), prúdi ňou teplo rýchlejšie alebo pomalšie?
Predikcie na zváženie
- Hrubšia tyč vedie teplo rýchlejšie — väčšia plocha znamená širšiu cestu pre tok tepla.
- Hrubšia tyč vedie teplo pomalšie.
- Hrúbka tyče neovplyvňuje rýchlosť vedenia.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Prierezová plocha A (m²)
Čo meriaš:
- Rýchlosť toku tepla Q̇ (W)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu vodivá tyč a stlač Resetovať. Medená tyč (k = 401 W/(m·K), dĺžka 0.1 m) spája teleso 450 K s telesom 300 K.
- Zapni odčítanie rýchlosti toku tepla na vodiči.
- Nastav prierez tyče pre každý pokus a zaznamenaj rýchlosť toku tepla.
Riadiaca rovnica
Fourierov zákon vedenia — Q/t = k·A·ΔT / L
Teplo prechádza materiálom rýchlosťou určenou jeho vodivosťou, prierezom, teplotným rozdielom a dĺžkou: Q̇ = kAΔT/L. Väčšia plocha ale teplotný rozdiel zrýchľuje vedenie; dlhšia cesta ho spomaľuje.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj Q̇ = kAΔT/L s k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Porovnaj s tabuľkou.
- Vysvetli pomocou Fourierovho zákona, prečo zdvojnásobenie prierezu tyče zdvojnásobuje rýchlosť toku tepla pri pevnom teplotnom rozdiele a dĺžke.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Materiál s nízkou tepelnou vodivosťou (ako sklo, k ≈ 0.8 W/(m·K)) vedie teplo oveľa pomalšie než meď (k = 401 W/(m·K)) pri tej istej ploche a dĺžke. Vysvetli, prečo domáca izolácia používa materiály s nízkym k.
- Tento experiment mení plochu, ale vzorec má aj dĺžku L v menovateli. Zdvojnásobilo ale prepolovilo by zdvojnásobenie dĺžky tyče rýchlosť toku tepla? Vysvetli, prečo dlhšia cesta kladie toku tepla väčší odpor.
- 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
- Vitaj pri vodivej tyči
- Vyber vodič
- Stlač Prehrať
- Teplo tyčou
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →