Värmeledning: Värmeflöde genom en stav

1 · Förutsäg

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?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. 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.
2. Aktivera avläsningen av värmeflödet på ledaren.
3. Ställ in stavens tvärsnittsarea för varje försök och notera värmeflödet.

3 · Samla data

Rita värmeflödet Q̇ (y-axeln) mot tvärsnittsarean A (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rät och genom origo?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök Q̇ = kAΔT/L med k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. Jämför med tabellen.
2. Förklara, med Fouriers lag, varför en fördubbling av stavens tvärsnittsarea fördubblar värmeflödet vid fast temperaturskillnad och längd.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik