Теплопровідність: потік теплоти крізь стрижень

1 · Прогноз

Мідний стрижень з'єднує гаряче й холодне тіло. Якщо взяти товщий стрижень (більша площа перерізу), теплота тече крізь нього швидше чи повільніше?

• Товщий стрижень проводить теплоту швидше — більша площа означає ширший шлях для потоку.
• Товщий стрижень проводить теплоту повільніше.
• Товщина стрижня не впливає на швидкість провідності.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет стрижня теплопровідності та натисніть «Скинути». Мідний стрижень (k = 401 W/(m·K), довжина 0.1 м) з'єднує тіло 450 K із тілом 300 K.
2. Увімкніть показ швидкості потоку теплоти на провіднику.
3. Задайте площу перерізу стрижня для кожного заміру та запишіть швидкість потоку теплоти.

3 · Збір даних

Побудуйте графік швидкості потоку теплоти Q̇ (вісь y) проти площі перерізу A (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть Q̇ = kAΔT/L з k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 м. Порівняйте з таблицею.
2. Поясніть, використовуючи закон Фур'є, чому подвоєння площі перерізу стрижня подвоює швидкість потоку теплоти за фіксованої різниці температур і довжини.

5 · Поглиблення

1. Матеріал із низькою теплопровідністю (як скло, k ≈ 0.8 W/(m·K)) проводить теплоту значно повільніше за мідь (k = 401 W/(m·K)) за тієї самої площі й довжини. Поясніть, чому домашня ізоляція використовує матеріали з низьким k.
2. Цей експеримент змінює площу, але у формулі є й довжина L у знаменнику. Подвоєння довжини стрижня подвоїло чи уполовинило швидкість потоку теплоти? Поясніть, чому довший шлях чинить більший опір потоку теплоти.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту