Ursprunglig fråga:
Hej! Hur kan man räkna ut värmeledningsförmågan hos olika metaller (exempelvis med Fouriers lag) med ett experiment där jag använder mig av vattenuppvärmning?

Jag använder metallstavar med en ända i varmt vatten där jag vet temperaturen på vattnet, samt temperaturen på stavens andra ända. Jag vet stavens dimensioner och även tiden som gått vid uppvärmningen men lyckas inte räkna ut metallens värmeledningsförmåga.

Detta experiment är mitt gymnasiearbete.
/Oskar S, Aranäsgymnasiet, Kungsbacka

Svar:
Enligt Fouriers lag är värmeflödet J (mängden värmeenergi som passerar på en tidsenhet) genom en stav eller en plåt proportionellt mot tvärsnittsarean S och mot temperaturskillnaden mellan den kalla och den varma sidan ΔT och omvänt proportionellt mot stavens längd (eller plåtens tjocklek) Δx:

J = k * S*ΔT/Δx

I denna formel är k värmeledningsförmågan. Den mäts i SI-enheten W*m^-1K^-1 (watt per meter och kelvin). (Värmeledningsförmåga )

Du har kvar två obekanta i din formel, k och J. För att bestämma värmeledningsförmågan k måste du alltså även känna J. Det kan du t.ex. göra genom att låta den icke uppvärmda ändan värma vatten. Metoden kallas Searles stav-metod, se nedanstående bild från länk 1 och Searle's_bar_method .

Att mäta värmeledningsförmåga är inte helt lätt eftersom värme tenderar att ta andra vägar än man avsett.

En alternativ metod är att seriekoppla staven med en stav av en metall för vilken man känner till värmeledningsförmågan. Man kan då eliminera J och få fram en relativmätning av k för den okända metallen.

Observera att du i båda ovanstående mätningar måste vänta till du når ett "steady state" tillstånd så att det transporterade värmeflödet (J/t) är lika i hela staven.

Se även Thermal_conductivity_measurement .

Nyckelord: värmeöverföring/transport [46];

1 http://media.uws.ac.uk/~davison/labpage/searle/searle.html