İçindekiler
Genel olarak, ifadenin termal iletkenliği, iki karşıt taraf arasında tam olarak 1 K’lik bir sıcaklık gradyanı varsa, 1 saniye içinde bir malzemenin 1x1x1m’lik bir küpünden akan ısı miktarıdır.
Bu, termal iletkenliği kendi sembolü (λ – “lambda”) ve kendi SI birimi W / mK ile karakteristik bir malzeme özelliği haline getirir. Karşılıklı değeri spesifik termal dirençtir.
Bilimsel tanım
Termal iletkenliğin bilimsel tanımı, bir numune içindeki ısı taşınımını tanımlayan malzeme özelliği olduğunu iddia eder. Her bir numune sıcaklığı için, bu sıcaklıktaki yoğunluk, termal difüzivite ve özgül ısı kapasitesinin çarpımından elde edilir (denklem 1) ve ısı akısı yoğunluğu ile sıcaklık gradyanının negatif bölümü olarak tanımlanabilir (denklem 2). (Denklem 3)’teki örnek bir örnek teşkil etmektedir.
λ = ρ * cp * α (1)
λ = termal iletkenlik, ρ = yoğunluk, cp = özgül ısı kapasitesi, α = termal difüzivite
λ = -q / ∆T (2)
λ = ısıl iletkenlik, q = ortalama ısı akısı yoğunluğu, ∆T = sıcaklık gradyanı
Bu tanım, örneğin silindirik bir numuneyi dikkate almak için kullanılırsa, aşağıdaki hesaplamalar yapılabilir: Eğer l uzunluğunda ve A kesiti sabit olan, yanları yalıtılmış ve iki ucunda sadece bir sıcaklık değişimi olabilen ideal homojen bir silindir düşünülürse, uzunluğu boyunca sıcaklık gradyanı (∆T) / l’dir. Sıcak taraftan soğuk tarafa doğru olan ısı akışının yoğunluğu λ * (∆T) / l’dir.
A kesitini göz önüne alırsak, bir ısı akışı QBu da (denklem 3) kullanılarak hesaplanabilir:
Q = (A * λ * ∆T) / l (3)
λ = termal iletkenlik, Q = ısı akışı, ∆T = sıcaklık gradyanı, A = kesit, l = uzunluk
Termal iletkenlik ölçümü (yöntemler):
Termal iletkenliği belirlemeye yönelik ölçüm yöntemleri çeşitlidir, ancak daha iyi bir genel bakış için iki temel gruba ayrılabilir: geçici ve sabit ölçüm yöntemleri.
Videomuzda iki bilim insanımız bu yöntemler arasındaki farkı açıklıyor.
Sabit ölçüm yöntemleri
plaka süreci, örneğin “Korumalı Sıcak Tabak“, “Isı Akış Meter” veya “Termal Arayüz Malzeme Test Cihazı” sabit ölçüm yöntemlerine aittir.
Malzeme numunesi ısıtılmış ve soğutulmuş bir plaka arasına yerleştirilir. Bu, bir sıcaklık gradyanına ve sonuç olarak numune boyunca sabit bir nihai değere yaklaşana kadar izlenen bir ısı akışına neden olur.
Numune kalınlığı ve ölçülen ısı akışı biliniyorsa, numunenin termal iletkenliği hesaplanabilir. TIM test cihazı ile termal direnç değişken yük veya sıkıştırma altında ölçülebilir ve bundan termal iletkenlik ve termal temas direnci belirlenebilir.
Geçici ölçüm yöntemleri
Geçici proseslerin iyi bilinen bir örneği, 1975’ten beri kullanılan ve bugün hala dünya çapında kullanılan bir klasik olan lazer flaş prosesidir. Bunun nedeni: yüksek maliyetlerine ve teknik karmaşıklığına rağmen, 2.800 °C‘ye varan aşırı koşullar altında bile son derece hassas sonuçlar vermesidir. Numune diskinin bir tarafı kısa, yüksek enerjili bir lazer veya ışık flaşı ile ısıtılır. Ardından bir kızılötesi dedektör karşı taraftaki sıcaklık artışını ölçer. Numune kalınlığı ile birlikte termal difüzivite, bir termal iletkenlik modeli kullanılarak hesaplanabilir.
Isıtma teli ve ısıtma şeridi yöntemleri (örneğin geçici sıcak köprü yöntemi) de geçici tekniklere aittir. Esnektirler, çok çeşitli sensör konfigürasyonlarında kullanılabilirler ve bu nedenle geniş bir ölçüm aralığını kapsarlar. Bir alt tabakaya gömülü bir ısıtma teli sürekli olarak ısı yayar. Bunun sonucunda numune ve sensördeki zamana bağlı sıcaklık dağılımı, malzemenin termal taşıma özelliklerinin doğrudan bir göstergesi olan entegre bir termometre ile kaydedilir.
Özel özellik: İnce tabakalarda termal iletkenlik ölçümü
Özel bir durum, nanometre ila mikrometre aralığındaki ince katmanlarda termal iletkenliğin ölçülmesidir. Bu ölçümler kısmen katı numunelerle aynı temel ilkelere dayanmasına rağmen,
