熱伝導率とはどういう意味ですか?

目次

一般に、熱伝導率とは、ある物質の1x1x1mの立方体の対向する2辺の間にちょうど1Kの温度勾配があるとき、1秒間にその中を流れる熱量のことである。

このため、熱伝導率は、独自の記号(λ – “ラムダ”)と独自のSI単位W / mKを持つ特徴的な材料特性となります。 その逆数が比熱抵抗です。

科学的定義

熱伝導率の科学的定義は、試料内の熱輸送を記述する材料特性であるとしています。 任意の試料温度に対して、その温度における密度、熱拡散率、比熱容量の積から求められ(式1)、熱流束密度と温度勾配の負の商として記述することができます(式2)。 (式3)の例はその例証となる。

λ = ρ * cp * α (1)

λ=熱伝導率、ρ=密度、cp=仕様熱容量、α=熱拡散率。 熱容量、α = 熱拡散率。

λ = -q / ∆T (2)

λ = 熱伝導率、q = 平均熱流束密度、∆T = 温度勾配。

この定義を使って、例えば円筒形の試料を考えると、次のような計算ができる:長さl、断面A一定の理想的な均質円筒を考え、その側面が断熱され、両端での温度変化が1回しかない場合、その長さに沿った温度勾配は(⊿T)/lとなる。 高温側から低温側へ向かう熱流の密度は λ * (∆T) / l である。

断面積Aを考慮すると、熱流束Qは(式3)で計算できる:

Q = (A * λ * ∆T) / l (3)

λ = 熱伝導率、Q = 熱流、ΔT = 温度勾配、A = 断面積、l = 長さ

熱伝導率測定(方法):

測定方法は多岐にわたるが、ここでは2つの基本的なグループ、すなわち一過性の測定と定常的な測定に分けて説明する。

このビデオでは、私たち2人の研究者が、この2つの方法の違いについて説明します。

物質が局所的に加熱されると、体内の温度分布は変化し、ある時間後には均等に分布して安定する。 入熱開始直後の温度分布がまだ変化している段階を過渡期という。 温度分布が安定した状態を定常状態という。

静止測定法

のようなプレート方式ガード付きホットプレート「熱流計ヒートフローメーター「あるいは熱界面材料試験機「は定置式測定法に属する。

試料は加熱プレートと冷却プレートの間に置かれる。
この結果、温度勾配が生じ、その結果、試料に沿って熱流が発生し、最終的に一定の値に近づくまでモニターされます。

試料の厚さと測定された熱流束を知る 熱流束サンプルの熱伝導率が計算できます。TIMテスターを使用すれば、変動荷重や圧縮下での熱抵抗を測定し、そこから熱伝導率や熱接触抵抗を求めることができます。

トランジェント測定法

レーザーフラッシュ法 レーザーフラッシュ法は過渡測定法のひとつで、1975年の特許に基づいている。高コストで複雑であるにもかかわらず、今日でも広く使われている。それには理由がある!レーザーフラッシュ法では、最高2,800℃の極端な温度でも、材料を完全自動で試験することができます。測定では、サンプルディスクの片面にレーザーまたはフラッシュランプから短時間の高エネルギー熱パルスを照射します。その結果生じる反対側の温度上昇を赤外線検出器で記録する。試料の厚さとの関係から、熱伝導率モデルを用いて熱拡散率を計算することができます。

ヒーティングワイヤー法とヒーティングストリップ法は、例えば過渡ホットブリッジ法のような形で広く使用されており、過渡測定法にも属しています。
これらは多種多様なセンサー構成で見つけることができ、フレキシブルに使用することができ、可能な限り幅広いアプリケーションと測定を提供します。
キャリア基板に埋め込まれたヒーティングワイヤーは、測定中、一定の熱流束を放出し、センサーのみならずサンプル内の温度分布を時間変化させます。
経時的な温度上昇は内蔵の温度計で測定され、材料の熱輸送特性の指標となります。

特集薄膜の熱伝導率測定

nmからμmの薄膜の熱伝導率測定は特殊なケースである。
この目的には、同じ測定原理をいくつか使用することができますが、その実装形態は次のとおりです。 時間領域熱反射率レーザーフラッシュと 3 オメガ法ヒーティングストリップ法の特殊な形態として、変更された境界条件を満たすために、実施形態が大きく異なります。

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