Termodynamik
värmeledningsstav
Värme flödar genom staven enligt Q/t = kAΔT/L.
värmeledningsstav — interaktiv Termodynamik-simulering. Värme flödar genom staven enligt Q/t = kAΔT/L. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
värmeledning
Värme flödar genom staven med Q/t = kAΔT/L.
Fouriers lag för ledning skickar värme snabbare när temperaturgradienten är större, tvärsnittet är större eller materialet har högre värmekonduktivitet k. Stavgeometrin är vald så att den stationära värmeströmmen är lätt att avläsa från ändtemperaturerna.
- Q/t = kAΔT/L
- Fouriers lag
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
En kopparstav förbinder en varm kropp och en kall kropp. Om du använder en tjockare stav (större tvärsnittsarea), flyter värme då snabbare eller långsammare genom den?
Förutsägelser att väga
- En tjockare stav leder värme snabbare — större area ger en bredare väg för värmeflödet.
- En tjockare stav leder värme långsammare.
- Stavens tjocklek påverkar inte ledningshastigheten.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Tvärsnittsarea A (m²)
Det du mäter:
- Värmeflöde Q̇ (W)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Värmeledning och tryck på Återställ. En kopparstav (k = 401 W/(m·K), längd 0.1 m) förbinder en 450 K-kropp med en 300 K-kropp.
- Aktivera avläsningen av värmeflödet på ledaren.
- Ställ in stavens tvärsnittsarea för varje försök och notera värmeflödet.
Styrande ekvation
Fouriers lag för värmeledning — Q/t = k·A·ΔT / L
Värme flyter genom ett material med en hastighet som sätts av dess ledningsförmåga, tvärsnittsarea, temperaturskillnad och längd: Q̇ = kAΔT/L. Större area eller temperaturskillnad snabbar upp ledningen; en längre väg bromsar den.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Q̇ = kAΔT/L med k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Jämför med tabellen.
- Förklara, med Fouriers lag, varför en fördubbling av stavens tvärsnittsarea fördubblar värmeflödet vid fast temperaturskillnad och längd.
Var det här syns utanför labbet
- Ett material med låg värmeledningsförmåga (som glas, k ≈ 0.8 W/(m·K)) leder värme mycket långsammare än koppar (k = 401 W/(m·K)) vid samma area och längd. Förklara varför husisolering använder material med lågt k.
- Detta experiment varierar arean, men formeln har också längden L i nämnaren. Skulle en fördubbling av stavens längd fördubbla eller halvera värmeflödet? Förklara varför en längre väg motstår värmeflödet mer.
- 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
- Välkommen till Ledningsstav
- Välj ledaren
- Tryck på Spela upp
- Värme genom staven
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.