物理·热学·气体/原理与探索
棒中的热传导实验解说
杆的、热端和冷端之间的温度分布随时间变化。通过改变材料、长度以及两端的温度，我们比较热传递过程以及经过足够时间后，最终的温度分布。分别阅读热传递的速度以及最终温度分布的形状。
它是怎么工作的？
热量通过温度差异传播，并且经过足够的时间，会趋向线性分布。
关键关系
∂T/∂t = α ∂²T/∂x² · r = αΔt/Δx² ≤ 0.5
尝试这个实验
- 两个端部的温度保持恒定。内部初始温度为 20 °C，彩色条纹显示热量如何扩散。将 1200 秒的实时数据压缩到 10 秒的屏幕显示时间。
- 按下“标准条件”按钮，运行，并记录每个测量值。
- 材料改变了热传递的速度。 在恒定的末端温度下，最终的线性分布与材料无关。 较长的杆在 1200 秒后，达到平衡的可能性较小。
解读您的结果
当热扩散性增加时，在相同的长度下，达到平衡需要多久？
其特征时间与 L²/α 成比例，因此，热扩散率越大，特征时间就越短。
假设与限制
假设一个均质一维杆，以及恒定的热扩散率。假设没有侧向热损失或接触阻力。计算使用 31 个网格的 FTCS，并保持 r≤0.45，通过内部时间分割。两端的温度保持固定。