Termal İletim: Bir Çubuktan Isı Akışı

1 · Tahmin Et

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?

• 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.

2 · Kurulum

1. 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.
2. İletkendeki ısı akış hızı okumasını etkinleştirin.
3. Her deneme için çubuğun kesit alanını ayarlayın ve ısı akış hızını kaydedin.

3 · Veri Toplayın

Üç denemeniz için ısı akış hızı Q̇'yi (y ekseni) A kesit alanına (x ekseni) karşı çizin. Çizgi orijinden düz mü geçiyor?

4 · Analiz et

1. Bir deneme için, k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m'yi kullanarak Q̇ = kAΔT/L'yi hesaplayın. Tabloyla karşılaştırın.
2. Fourier yasasını kullanarak, çubuğun kesit alanını iki katına çıkarmanın, sabit sıcaklık farkı ve uzunluktaki ısı akış hızını neden iki katına çıkardığını açıklayın.

5 · Uzat

1. 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.
2. 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.

Bu Deneyin Arkasındaki Fizik

← Deneye geri dön