Dẫn nhiệt và đối lưu – thanh kim loại, tường nhiều lớp, dòng đối lưu

Thuộc chủ đề Vật lí nhiệt của Vật lí 12 (Chương trình GDPT 2018), ôn lại và mở rộng phần truyền nhiệt: dẫn nhiệt và đối lưu. Mô phỏng tính nhiệt độ dọc một thanh kim loại theo phương trình truyền nhiệt (định luật Fourier), dòng nhiệt ổn định qua tường nhiều lớp bằng nhiệt trở ghép nối tiếp, và dòng đối lưu trong nước, trong không khí bằng mô hình chất lưu hai chiều. Ở thí nghiệm A, học sinh chọn vật liệu, chiều dài, đường kính thanh và nhiệt độ đầu nóng, bấm Bắt đầu đun rồi ghi thời gian các đinh gắn sáp rơi; đồ thị cho thấy nhiệt vào lớn hơn nhiệt ra cho tới trạng thái dừng P = kAΔT/L, và thanh không bọc cách nhiệt thì mất nhiệt qua mặt bên. Thí nghiệm B tính nhiệt trở R = e/(λA), thông lượng nhiệt Φ = ΔT/R và nhiệt độ ở mỗi mặt tiếp giáp của tường gạch, bông khoáng, thạch cao. Thí nghiệm C thả tinh thể kali pemanganat vào cốc nước đang đun hoặc dùng hộp khói có nến để thấy và đo thời gian của dòng đối lưu. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao đinh ở gần đầu nóng rơi trước, còn đinh ở xa có thể không bao giờ rơi? – Ở trạng thái dừng, vì sao nhiệt ra ở đầu lạnh bằng nhiệt vào ở đầu nóng? – Tăng gấp đôi bề dày lớp bông khoáng thì thông lượng nhiệt qua tường giảm bao nhiêu?