Dẫn nhiệt: Dòng nhiệt qua một thanh

1 · Dự đoán

Một thanh đồng nối vật nóng và vật lạnh. Nếu bạn sử dụng một thanh dày hơn (diện tích cắt ngang nhiều hơn), nhiệt truyền qua nó nhanh hơn hay chậm hơn?

• Thanh dày hơn dẫn nhiệt nhanh hơn - nhiều diện tích hơn có nghĩa là đường truyền nhiệt rộng hơn.
• Thanh dày hơn dẫn nhiệt chậm hơn.
• Độ dày thanh không ảnh hưởng đến tốc độ dẫn.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước conduction-bar và nhấn Reset. Một thanh đồng (k = 401 W/(m·K), dài 0.1 m) kết nối thân 450 K với thân 300 K.
2. Cho phép đọc tốc độ dòng nhiệt trên dây dẫn.
3. Đặt diện tích mặt cắt ngang của thanh cho mỗi lần thử và ghi lại tốc độ dòng nhiệt.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ biểu đồ tốc độ dòng nhiệt Q̇ (trục y) theo diện tích mặt cắt ngang A (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?

4 · Phân tích

1. Đối với một lần thử, hãy tính Q̇ = kAΔT/L bằng k = 401 W/(m·K), ΔT = 150 K, L = 0.1 m. So sánh với bảng.
2. Giải thích, sử dụng định luật Fourier, tại sao khi tăng gấp đôi diện tích mặt cắt của thanh sẽ tăng gấp đôi tốc độ truyền nhiệt ở độ chênh lệch nhiệt độ và chiều dài cố định.

5 · Gia hạn

1. Một loại vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp (như thủy tinh, k ≈ 0.8 W/(m·K)) dẫn nhiệt chậm hơn nhiều so với đồng (k = 401 W/(m·K)) cho cùng diện tích và chiều dài. Giải thích tại sao cách nhiệt trong nhà sử dụng vật liệu k-thấp.
2. Thí nghiệm này có diện tích khác nhau, nhưng công thức cũng có độ dài L ở mẫu số. Việc tăng gấp đôi chiều dài của thanh sẽ tăng gấp đôi hay giảm một nửa tốc độ truyền nhiệt? Giải thích tại sao đường đi dài hơn cản trở dòng nhiệt nhiều hơn.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm