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In generale, la conducibilità termica dell’espressione è la quantità di calore che attraversa un cubo di 1x1x1m di un materiale in 1 secondo se c’è un gradiente di temperatura di esattamente 1 K tra due lati opposti.
Questo rende la conducibilità termica una proprietà caratteristica del materiale con un proprio simbolo (λ – “lambda”) e una propria unità SI W / mK. Il suo valore reciproco è la resistenza termica specifica.
Definizione scientifica
La definizione scientifica di conducibilità termica la indica come la proprietà del materiale che descrive il trasporto di calore all’interno di un campione. Per ogni temperatura del campione, si ottiene dal prodotto di densità, diffusività termica e capacità termica specifica a quella temperatura (equazione 1) e può essere descritta come il quoziente negativo della densità del flusso di calore e del gradiente di temperatura (equazione 2). L’esempio di (equazione 3) serve come illustrazione.
λ = ρ * cp * α (1)
λ = conduttività termica, ρ = densità, cp = capacità termica specifica, α = diffusività termica
λ = -q / ∆T (2)
λ = conduttività termica, q = densità media del flusso di calore, ∆T = gradiente di temperatura
Se questa definizione viene utilizzata per considerare un campione cilindrico, ad esempio, è possibile eseguire i seguenti calcoli: Se si considera un cilindro omogeneo ideale di lunghezza l e sezione trasversale costante A, che è isolato su un lato e può subire solo una variazione di temperatura alle sue due estremità, il gradiente di temperatura sulla sua lunghezza è (∆T) / l. La densità del flusso di calore nella direzione dal lato caldo a quello freddo è λ * (∆T) / l.
Se consideriamo la sezione trasversale A, c’è un flusso di calore Q flusso di calore Q che può essere calcolato con la (equazione 3):
Q = (A * λ * ∆T) / l (3)
λ = conduttività termica, Q = flusso di calore, ∆T = gradiente di temperatura, A = sezione trasversale, l = lunghezza
Misurazione della conducibilità termica (metodi):
I metodi di misurazione per determinare la conducibilità termica sono vari, ma possono essere classificati in due gruppi fondamentali per avere una migliore visione d’insieme: metodi di misurazione transitori e stazionari.
Nel nostro video, i nostri due scienziati spiegano la differenza tra questi metodi.
Metodi di misurazione stazionari
come la piastra “ Piastra calda protetta “, il “ Flusso di calore Mete r “o il “ Tester per materiali a interfaccia termica ” appartengono ai metodi di misurazione stazionari.
Il campione di materiale viene posto tra una piastra riscaldata e una raffreddata. Ciò determina un gradiente di temperatura e di conseguenza anche un flusso di calore lungo il campione, che viene monitorato fino a quando non si avvicina a un valore finale costante.
Se lo spessore del campione e il flusso di calore misurato sono noti, è possibile calcolare la conducibilità termica del campione. Con il tester TIM è possibile misurare la resistenza termica sotto carico o compressione variabile e determinare la conduttività termica e la resistenza termica di contatto.
Metodi di misurazione dei transitori
Un esempio ben noto di processi transitori è il processo di flash laser, un classico che esiste dal 1975 e che ancora oggi è utilizzato in tutto il mondo. Il motivo: nonostante i costi elevati e la complessità tecnica, fornisce risultati estremamente precisi, anche in condizioni estreme, fino a 2.800 °C. Il disco campione viene riscaldato su un lato da un breve laser ad alta energia o da un flash di luce. Un rilevatore a infrarossi misura poi l’aumento di temperatura sul lato opposto. In combinazione con lo spessore del campione, è possibile calcolare la diffusività termica utilizzando un modello di conducibilità termica.
Anche i metodi a filo riscaldante e a striscia riscaldante (ad esempio il metodo del ponte caldo transitorio) appartengono alle tecniche transitorie. Sono flessibili, possono essere utilizzati in un’ampia varietà di configurazioni di sensori e quindi coprono un ampio intervallo di misurazione. Un filo riscaldante inserito in un substrato emette costantemente calore. La distribuzione della temperatura risultante, dipendente dal tempo, nel campione e nel sensore viene registrata con un termometro integrato: un indicatore diretto delle proprietà di trasporto termico del materiale.
Particolarità: Misurazione della conducibilità termica su strati sottili
Un caso particolare è la misurazione della conducibilità termica in strati sottili di dimensioni comprese tra i nanometri e i micrometri. Sebbene queste misurazioni si basino in parte sugli stessi principi di base dei campioni solidi, l’
