Termodinamika
Prevodna palica
Toplota teče skozi palico pri Q/t = kAΔT/L.
Prevodna palica — interaktivna simulacija Termodinamika. Toplota teče skozi palico pri Q/t = kAΔT/L. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Prevajanje toplote
Toplota teče skozi palico pri Q/t = kAΔT/L.
Fourierjev zakon prevajanja pošlje toploto hitreje, ko je temperaturni gradient večji, presek večji ali material ima višjo toplotno prevodnost k. Geometrija palice je izbrana tako, da je ustaljeni toplotni tok lahko razbrati iz končnih temperatur.
- Q/t = kAΔT/L
- Fourierjev zakon
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Bakrena palica povezuje vroče in hladno telo. Če uporabiš debelejšo palico (večji prečni prerez), ali toplota teče skozi njo hitreje ali počasneje?
Predvidevanja za pretehtanje
- Debelejša palica prevaja toploto hitreje — večji prerez pomeni širšo pot za toplotni tok.
- Debelejša palica prevaja toploto počasneje.
- Debelina palice ne vpliva na hitrosto prevajanja.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Prečni prerez A (m²)
Kaj izmeriš:
- Hitrost toplotnega toka Q̇ (W)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev conduction-bar in pritisni Ponastavi. Bakrena palica (k = 401 W/(m·K), dolžina 0,1 m) povezuje telo 450 K s telesom 300 K.
- Omogoči odčitek hitrosti toplotnega toka na prevodniku.
- Nastavi prečni prerez palice za vsak poskus in zabeleži hitrosto toplotnega toka.
Vodilna enačba
Fourierjev zakon prevajanja — Q/t = k·A·ΔT / L
Toplota teče skozi material s hitrostjo, ki jo določata njegova prevodnost, prečni prerez, temperaturna razlika in dolžina: Q̇ = kAΔT/L. Večji prerez ali temperaturna razlika pospešita prevajanje; daljša pot ga upočasni.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj Q̇ = kAΔT/L s k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0,1 m. Primerjaj s tabelo.
- Z Fourierjevim zakonom razloži, zakaj podvojitev prečnega prereza palice podvoji hitrosto toplotnega toka pri fiksni temperaturni razliki in dolžini.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Material z nizko toplotno prevodnostjo (kot steklo, k ≈ 0,8 W/(m·K)) prevaja toploto precej počasneje kot baker (k = 401 W/(m·K)) pri istem prerezu in dolžini. Razloži, zakaj toplotna izolacija hiš uporablja materiale z nizkim k.
- Ta poskus spreminja prerez, a formula ima tudi dolžino L v imenovalcu. Bi podvojitev dolžine palice podvojila ali prepolovila hitrosto toplotnega toka? Razloži, zakaj daljša pot bolj upira toplotnemu toku.
- 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
- Dobrodošli pri prevodni palici
- Izberi prevodnik
- Pritisni Predvajaj
- Toplota skozi palico
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →