Termodinamik
İletim çubuğu
Isı, çubuk boyunca Q/t = kAΔT/L hızıyla akar.
İletim çubuğu — etkileşimli Termodinamik simülasyonu. Isı, çubuk boyunca Q/t = kAΔT/L hızıyla akar. Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.
Isı iletimi
Çubuk boyunca ısı Q/t = kAΔT/L hızıyla akar.
Fourier'in iletim kanunu, sıcaklık gradyanı daha büyük olduğunda, kesit alanı daha büyük olduğunda veya malzemenin ısıl iletkenliği k daha yüksek olduğunda ısının daha hızlı akmasını sağlar. Çubuğun geometrisi, kararlı durum ısı akımının uç sıcaklıklarından kolayca okunabilmesi için seçilmiştir.
- Q/t = kAΔT/L
- Fourier yasası
Araştırma özeti
Laboratuvarı açmadan önce soruyu planlayın
Bu özet, önceden oluşturulmuş sayfayı yansıtır: yönlendirici soru, yarışan tahminler, değişken rolleri, yöneten yasalar, kurulum, analiz ve geliştirme istemleri görünür kalır ve bu sırayı izler.
Sürüş sorusu
Bakır çubuk, sıcak bir gövdeyi ve soğuk bir gövdeyi birbirine bağlar. Daha kalın bir çubuk kullanırsanız (daha fazla kesit alanı), ısı bunun içinden daha hızlı mı yoksa daha yavaş mı akar?
Tartılacak tahminler
- Daha kalın bir çubuk ısıyı daha hızlı iletir; daha fazla alan, ısı akışı için daha geniş bir yol anlamına gelir.
- Daha kalın bir çubuk ısıyı daha yavaş iletir.
- Çubuk kalınlığı iletim hızını etkilemez.
Değişken roller
Neyi ayarladınız:
- Kesit alanı A (m²)
Ölçtüğünüz şey:
- Isı akış hızı Q̇ (W)
Araştırma nasıl yürütülüyor?
- conduction-bar ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Bir bakır çubuk (k = 401 W/(m·K), uzunluğu 0.1 m), bir 450 K gövdesini bir 300 K gövdesine bağlar.
- İletkendeki ısı akış hızı okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için çubuğun kesit alanını ayarlayın ve ısı akış hızını kaydedin.
Yönetim denklemi
Fourier'in İletim Yasası — Q/t = k·A·ΔT / L
Isı, bir malzemenin içinden iletkenliğine, kesit alanına, sıcaklık farkına ve uzunluğuna göre belirlenen bir hızda akar: Q̇ = kAΔT/L. Daha büyük alan veya sıcaklık farkı iletimi hızlandırır; daha uzun bir yol onu yavaşlatır.
Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği
- Bir deneme için, k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m'yi kullanarak Q̇ = kAΔT/L'yi hesaplayın. Tabloyla karşılaştırın.
- Fourier yasasını kullanarak, çubuğun kesit alanını iki katına çıkarmanın, sabit sıcaklık farkı ve uzunluktaki ısı akış hızını neden iki katına çıkardığını açıklayın.
Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer
- Isı iletkenliği düşük bir malzeme (cam gibi, k ≈ 0.8 W/(m·K)) ısıyı bakırdan çok daha yavaş iletir (aynı alan ve uzunluk için k = 401 W/(m·K)). Ev yalıtımında neden düşük-k malzemeleri kullanıldığını açıklayın.
- Bu deney alanı değiştirir, ancak formülün paydasında L uzunluğu da vardır. Çubuğun uzunluğunu iki katına çıkarmak ısı akış hızını iki katına mı yoksa yarıya mı düşürür? Daha uzun bir yolun neden ısı akışına daha fazla direnç gösterdiğini açıklayın.
- 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
- Hoş geldiniz: iletim çubuğu
- Seçin: iletken
- Oynat'a basın
- Çubuk boyunca ısı
- Denetleyiciyi açın
- Başardınız!
Sahneyi oluşturmak için etkileşimli simülasyonu açın, Oynat'a basın ve canlı ölçümler ile rehberli bir eğitim eşliğinde keşfedin.