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En general, la conductividad térmica de la expresión es la cantidad de calor que fluye a través de un cubo de 1x1x1m de un material en 1 segundo si hay un gradiente de temperatura de exactamente 1 K entre dos lados opuestos.
Esto hace que la conductividad térmica sea una propiedad característica del material con su propio símbolo (λ – «lambda») y su propia unidad SI W / mK. Su valor recíproco es la resistencia térmica específica.
Definición científica
La definición científica de conductividad térmica la define como la propiedad del material que describe el transporte de calor dentro de una muestra. Para cada temperatura de la muestra, se obtiene a partir del producto de la densidad, la difusividad térmica y la capacidad calorífica específica a esa temperatura (ecuación 1) y puede describirse como el cociente negativo de la densidad del flujo de calor y el gradiente de temperatura (ecuación 2). El ejemplo de la (ecuación 3) sirve de ilustración.
λ = ρ * cp * α (1)
λ = conductividad térmica, ρ = densidad, cp = capacidad calorífica específica, α = difusividad térmica
λ = -q / ∆T (2)
λ = conductividad térmica, q = densidad media del flujo térmico, ∆T = gradiente de temperatura
Si se utiliza esta definición para considerar una muestra cilíndrica, por ejemplo, se pueden realizar los siguientes cálculos: Si se considera un cilindro homogéneo ideal de longitud l y sección transversal constante A, que está aislado por su lado y sólo puede tener un cambio de temperatura en sus dos extremos, el gradiente de temperatura a lo largo de su longitud es (∆T) / l. La densidad del flujo de calor en la dirección del lado caliente al frío es λ * (∆T) / l.
Si consideramos la sección transversal A, existe un flujo de calor Qque puede calcularse mediante la (ecuación 3):
Q = (A * λ * ∆T) / l (3)
λ = conductividad térmica, Q = flujo de calor, ∆T = gradiente de temperatura, A = sección transversal, l = longitud
Medición de la conductividad térmica (métodos):
Los métodos de medición para determinar la conductividad térmica son variados, pero pueden clasificarse en dos grupos básicos para tener una mejor visión de conjunto: métodos de medición transitorios y estacionarios.
En nuestro vídeo, nuestros dos científicos explican la diferencia entre estos métodos.
Métodos de medición estacionarios
proceso de plancha, como la «Placa caliente vigilada«, el «Meter«o el «Medidor de Material de Interfaz Térmica«pertenecen a los métodos de medición estacionarios.
La muestra de material se coloca entre una placa calentada y otra enfriada. Esto da lugar a un gradiente de temperatura y, en consecuencia, también a un flujo de calor a lo largo de la muestra, que se controla hasta que se aproxima a un valor final constante.
Si se conocen el grosor de la muestra y el flujo térmico medido, se puede calcular la conductividad térmica de la muestra. Con el comprobador TIM, se puede medir la resistencia térmica bajo carga o compresión variable y, a partir de ahí, determinar la conductividad térmica y la resistencia térmica de contacto.
Métodos de medición transitoria
Un ejemplo bien conocido de procesos transitorios es el proceso de flash láser, un clásico que existe desde 1975 y que todavía se utiliza en todo el mundo. La razón: a pesar de su elevado coste y complejidad técnica, proporciona resultados extremadamente precisos, incluso en condiciones extremas de hasta 2.800 °C. El disco de muestra se calienta por un lado mediante un láser corto de alta energía o un destello de luz. A continuación, un detector de infrarrojos mide el aumento de temperatura en la cara opuesta. En combinación con el grosor de la muestra, se puede calcular la difusividad térmica mediante un modelo de conductividad térmica.
Los métodos del hilo calefactor y la cinta calefactora (por ejemplo, el método del puente caliente transitorio) también pertenecen a las técnicas transitorias. Son flexibles, pueden utilizarse en una gran variedad de configuraciones de sensores y, por tanto, cubren un amplio rango de medición. Un hilo calefactor incrustado en un sustrato emite calor constantemente. La distribución de temperatura resultante, dependiente del tiempo, en la muestra y el sensor se registra con un termómetro integrado: un indicador directo de las propiedades de transporte térmico del material.
Particularidad: Medición de la conductividad térmica en capas finas
Un caso especial es la medición de la conductividad térmica en capas finas en el rango de nanómetros a micrómetros. Aunque estas mediciones se basan en parte en los mismos principios básicos que para las muestras sólidas, la aplicación práctica difiere significativamente. Por ejemplo, en lugar del clásico método del destello láser, aquí se utiliza la termorreflexión en el dominio del tiempo (TDTR), mientras que el método de la 3 omega es una forma especializada del método de la cinta calefactora. Estas adaptaciones son necesarias para captar de forma fiable las condiciones de contorno especiales de las capas ultrafinas.
