金属的导热性:哪种金属是最好的导热体?

问题

哪种金属是最好的导热体:铜、钢还是黄铜?为什么?在网上做了一些调查之后，制定你的计划假设。

材料

• 3根12英寸长的金属棒或粗线:铜、钢、黄铜或其他金属。确保所有的电线都是一样的计,或厚度。为什么确保量规是相同的可能是重要的一步?
• 8个相同的泡沫塑料杯
• 烧水的东西(锅或水壶)
• 炉子
• 4个即时数字温度计
• 水罐或其他能放进冰箱的大容器
• 水
• 笔记本和笔

过程:

1. 在水罐或其他大容器中装满水和冰块。让水罐里的水冷却至少半个小时。
2. 把每根金属棒对折两次，做成金属桥。你为什么认为我们应该把杆子对折两次?折叠一次会产生同样的结果吗?

3. 把杯子成对摆放。每个杯子之间有三个同样的金属桥。一对杯子没有桥。这是对照组。

5. 在每个盛冷水的杯子里分别放上数字温度计。
6. 找个大人烧水。让它冷却一下再使用。
7. 对于每一对杯子，向“热”杯中倒入等量的热水。确保水淹过桥的两端。
8. 对于每一对杯子，向“冷”杯子中倒入等量的冷水。确保水淹过桥的两端。为什么你认为水的体积需要相等?
9. 取冷水的初始温度。在一个图表中记录温度，列出时间(分钟)和温度(华氏度)。
10. 每5分钟记录一次冷水杯的温度，共30分钟。你的表应该有它是什么设置(无，铜，钢，黄铜)，时间，和填充温度的盒子。你认为所有从热杯子传递出去的热量都进入了冷杯子吗?为什么或者为什么不呢?提示:有时热量并不总是去我们想去的地方!
11. 哪一杯冷水的体验最大温度变化从头到尾?计算方法是用杯子的起始温度减去杯子的最终温度。
12. 用折线图组织数据。在x轴上，以分钟为单位绘制时间。在y轴上，用度数表示温度差。通过创建一个这样的图表，我们可以看到哪种金属传递的热量最多。这也给了我们一些关于每种金属的电导率的信息:斜率越陡，电导率越高。

结果:

在这个实验中的三种金属中，铜传递的热量最多，其次是黄铜，然后是钢。

解释:

铜的导热系数最高，钢的导热系数最低。导热性是材料的一个非常重要的特性——当我们决定要用这种材料做什么时，我们需要记住它!这里有一个例子:因为铜是一种很好的导体，我们用它来做加热棒和电线。因为钢是不良导体，可以承受高温，所以我们用它来制造飞机发动机。

回想一下我们把电线桥对折两次的时候。你觉得我们为什么要这么做?记住:当更多的分子相互接触时，导电效果最好。将棒对折两次可以让热杯的热量通过更多的分子，从而让更多的热量从热杯传递到冷杯。只折叠一次金属棒仍然可以创造一个良好的热桥，但我们会看到冷杯子里的温度变化更小，更难看出哪种金属是最好的导体!

至于水的体积需要相等?为了从我们的实验中获得良好的数据，每个热水杯需要容纳相同的热量，而水有非常特定的热容．热容是指改变一定量物质的温度所需要的热能。可以这样想:我们的四个杯子在相同的温度下都有等量的水，所以这意味着每个热水杯都有等量的热能。

那么当热量从热杯子中传导出去时，所有的能量都通过金属桥进入冷杯子吗?一点也不热量通常会散失到周围环境中，在这种情况下，热水中的一些热量会散失到空气中。同样，房间里的空气也会因为这杯冷水而失去一部分热量。我们试图通过使用泡沫聚苯乙烯杯子来减少热量损失，因为泡沫聚苯乙烯被认为是一种很好的绝缘子,一种导热性差的材料。

进一步的调查:

请随意在其他金属上重复这个实验!像银、金和铝这样的金属会给你非常不同的结果。只要确保实验的其他条件保持不变。