热物理学
热传导、对流、热辐射
比较三种传热机制——传导、对流、辐射——并对样品杆验证傅里叶定律 。改变温差 ΔT 与导热系数 k 以测量传热功率。
器材
- 画布上的三机制模型（杆中传导、对流环、辐射线）
- 温差滑块 ΔT（5–80 K）
- 导热系数滑块 k（10–400 W/m·K）
- 样品杆 A = 0.01 m²、L = 0.50 m；读数 $P=kA\Delta T/L$
实验步骤
区分三种机制
观察画布：传导使能量沿杆在静止物质中传递，对流随流体运动携带热量，辐射以电磁波传播、无需介质。拖动旋转以比较三种传热路径。
测量传导功率
保持 k = 200 W/m·K（典型金属），设 ΔT = 10 K：读数给出 W。将 ΔT 加倍，验证 P 也加倍——傅里叶定律的线性关系。
比较导体与隔热材料
保持 ΔT 不变，将 k 从 400 降到 10 W/m·K（金属→陶瓷/泡沫）：传导功率同比降低——隔热材料就是低 k 材料。把 ΔT 调大，在读数前先预测 P。
模拟
实验历史
约瑟夫·傅里叶在《热的解析理论》（1822年）中建立了热传导理论，指出热流正比于温度梯度——为求解该问题而发展的数学工具同时催生了傅里叶级数。
对流概念源于对热流体上升的观察（本杰明·汤普森/伦福德主张流体中的热靠流体自身运动传递）；热辐射则由威廉·赫歇尔于1800年发现，他在太阳光谱红端之外测到“热线”——这是最早记录的红外线。