Difuzivitate termică

În transmiterea căldurii difuzivitatea termică este o proprietate intensivă definită prin raportul dintre conductivitatea termică și produsul dintre densitate și capacitatea termică masică la presiune constantă.^[1] Este o măsură a vitezei transmiterii căldurii în interiorul unui material. Unitatea sa de măsură este m²/s. Difuzivitatea termică este de obicei notată cu $a$ ^[2]^[3], dar pot fi întâlnite și notațiile $α$ , $h$ , $κ$ ,^[4] $K$ ,^[5] sau $D$ .

Formula este:^[6]

a={\frac {k}{\rho c_{p}}}

unde

k

este conductivitatea termică, în W/m•K.

c p

este capacitatea termică masică, în J/kg•K,

ρ

este densitatea, înkg/m³.

Împreună, $ρc p$ poate fi considerată capacitatea termică volumetrică, în J/m³•K.

Așa cum se vede din ecuația căldurii,^[7]

{\frac {\partial T}{\partial t}}=a\nabla ^{2}T,

o modalitate de a vedea difuzivitatea termică este ca raportul dintre derivata în funcție de timp a temperaturii și curbura acestei derivate, cuantificând viteza cu care concavitatea temperaturii este „netezită”.^[8]^[9] Într-o substanță cu difuzivitate termică ridicată căldura se transmite repede prin ea, deoarece substanța conduce căldura repede în raport cu capacitatea sa de căldură volumetrică.

Difuzivitatea termică este adesea măsurată prin metoda pulsului laser.^[10]^[11] Aceasta constă în încălzirea unei benzi sau a unei probe cilindrice cu un impuls scurt de energie la un capăt și urmărirea schimbării temperaturii (reducerea amplitudinii și defazarea pulsului) la mică distanță.^[12]^[13]

Difuzivitatea termică a unor materiale și substanțe

Difuzivitatea termică a unor materiale și substanțe^[14]
Material	Difuzivitate termică (mm²/s)	Surse
Grafit pirolitic, paralel cu straturile	1220
Diamant	1060–1160
Carbon la 25 °C	216,5	^[15]
Heliu (300 K, 1 atm)	190	^[16]
Argint pur (99,9 %)	165,63
Hidrogen (300 K, 1 atm)	160	^[16]
Aur	127	^[17]
Cupru la 25 °C	111	^[15]
Aluminiu	97	^[17]
Siliciu	88	^[17]
Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) la 20 °C	74,2	^[18]
Aliaj de aluminiu 6061-T6	64	^[17]
Molibden (99,95%) la 25 °C	54,3	^[19]
Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) la 20 °C	44,0	^[20]
Staniu	40	^[17]
Abur (1 atm, 400 K)	23,38
Fier	23	^[17]
Argon (300 K, 1 atm)	22	^[16]
Azot (300 K, 1 atm)	22	^[16]
Aer (300 K)	19	^[17]
Oțel AISI 1010 (0,1 % carbon)	18,8	^[21]
Oxid de aluminiu (policristalin)	12,0
Oțel cu 1 % carbon	11,72
Si₃N₄ cu nanotuburi de carbon la 26 °C	9,142	^[22]
Si₃N₄ fără nanotuburi de carbon, la 26 °C	8,605	^[22]
Steel, stainless 304A at 27 °C	4.2	^[17]
Pyrolytic graphite, normal to layers	3.6
Oțel inox 310 la 25 °C	3,352	^[23]
Inconel 600 la 25 °C	3,428	^[24]
Cuarț	1,4	^[17]
Gresie	1,15
Gheață la 0 °C	1,02
Dioxid de siliciu (policristalin)	0,83	^[17]
Cărămidă obișnuită	0,52
Sticlă pt. ferestre	0,34
Cărămidă, adobe	0,27
Policarbonat la 25 °C	0,144	^[25]
Apă la 25 °C	0,143	^[25]
Politetrafluoroetilenă (PTFE) la 25 °C	0,124	^[26]
Polipropilenă (PP) la 25 °C	0,096	^[25]
Nailon	0,09
Cauciuc	0,089–0,13	^[5]
Lemn de pin	0,082
Parafină la 25 °C	0,081	^[25]
Policlorură de vinil (PVC)	0,08	^[17]
Ulei de motor (lichid, 100 °C)	0,0738
Alcool	0,07	^[17]

Note

^ en Lide, David R., ed. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ed. 90th). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.
^ Hütte, vol. I, București: Editura Tehnică, 1951, p. 592
^ Lucian-Gheorghe Gavrilă, Transfer termic conductiv în regim staționar (curs, 2011), Universitatea „Vasile Alecsandri” din Bacău, accesat 2024-07-03
^ en Hetnarski, Richard B.; Eslami, M. Reza (2009). Thermal Stresses - Advanced Theory and Applications (ed. Online-Ausg.). Dordrecht: Springer Netherlands. p. 170. doi:10.1007/978-3-030-10436-8. ISBN 978-1-4020-9247-3.
^ ^a ^b en Unsworth, J.; Duarte, F. J. (1979), „Heat diffusion in a solid sphere and Fourier Theory”, Am. J. Phys., 47 (11): 891–893, Bibcode:1979AmJPh..47..981U, doi:10.1119/1.11601
^ en Lightfoot, R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. (1960). Transport Phenomena. John Wiley and Sons, Inc. Eq. 8.1-7. ISBN 978-0-471-07392-5.
^ en Carslaw, H. S.; Jaeger, J. C. (1959), Conduction of Heat in Solids (ed. 2nd), Oxford University Press, ISBN 978-0-19-853368-9
^ en Dante, Roberto C. (2016). Handbook of Friction Materials and Their Applications. Elsevier. pp. 123–134. doi:10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2.
^ en Venkanna, B.K. (2010). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. New Delhi: PHI Learning. p. 38. ISBN 978-81-203-4031-2. Accesat în 1 decembrie 2011.
^ en „NETZSCH-Gerätebau, Germany”. Arhivat din original la 11 martie 2012. Accesat în 12 martie 2012.
^ en W.J. Parker; R.J. Jenkins; C.P. Butler; G.L. Abbott (1961). „Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity”. Journal of Applied Physics. 32 (9): 1679. Bibcode:1961JAP....32.1679P. doi:10.1063/1.1728417.
^ en J. Blumm; J. Opfermann (2002). „Improvement of the mathematical modeling of flash measurements”. High Temperatures – High Pressures. 34 (5): 515. doi:10.1068/htjr061.
^ en Thermitus, M.-A. (octombrie 2010). „New Beam Size Correction for Thermal Diffusivity Measurement with the Flash Method”. În Gaal, Daniela S.; Gaal, Peter S. Thermal Conductivity 30/Thermal Expansion 18. 30th International Thermal Conductivity Conference/18th International Thermal Expansion Symposium. Lancaster, PA: DEStech Publications. p. 217. ISBN 978-1-60595-015-0. Accesat în 1 decembrie 2011.
^ en Brown; Marco (1958). Introduction to Heat Transfer (ed. 3rd). McGraw-Hill. and Eckert; Drake (1959). Heat and Mass Transfer. McGraw-Hill. ISBN 978-0-89116-553-8. citată în en Holman, J.P. (2002). Heat Transfer (ed. 9th). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-029639-8.
^ ^a ^b en V. Casalegno; P. Vavassori; M. Valle; M. Ferraris; M. Salvo; G. Pintsuk (2010). „Measurement of thermal properties of a ceramic/metal joint by laser flash method”. Journal of Nuclear Materials. 407 (2): 83. Bibcode:2010JNuM..407...83C. doi:10.1016/j.jnucmat.2010.09.032.
^ ^a ^b ^c ^d en Lide, David R., ed. (1992). CDC Handbook of Chemistry and Physics (ed. 71st). Boston: Chemical Rubber Publishing Company. citat în en Baierlein, Ralph (1999). Thermal Physics. Cambridge, UK: Cambridge University Press. p. 372. ISBN 978-0-521-59082-2. Accesat în 1 decembrie 2011.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l en Jim Wilson (august 2007). „Materials Data”.
^ en P. Hofer; E. Kaschnitz (2011). „Thermal diffusivity of the aluminium alloy Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) in the solid and liquid states”. High Temperatures – High Pressures. 40 (3–4): 311. Arhivat din original la 4 martie 2016. Accesat în 21 iulie 2024.
^ en A. Lindemann; J. Blumm (2009). Measurement of the Thermophysical Properties of Pure Molybdenum. 17th Plansee Seminar. 3.
^ en E. Kaschnitz; M. Küblböck (2008). „Thermal diffusivity of the aluminium alloy Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) in the solid and liquid states”. High Temperatures – High Pressures. 37 (3): 221. Arhivat din original la 4 martie 2016. Accesat în 21 iulie 2024.
^ en Lienhard, John H. Lienhard, John H. (2019). A Heat Transfer Textbook (ed. 5th). Dover Pub. p. 715.
^ ^a ^b en O. Koszor; A. Lindemann; F. Davin; C. Balázsi (2009). „Observation of thermophysical and tribological properties of CNT reinforced Si₃ N₄”. Key Engineering Materials. 409: 354. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.409.354.
^ en J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig; R. Campbell (2007). „Measurement of Selected Thermophysical Properties of the NPL Certified Reference Material Stainless Steel 310”. International Journal of Thermophysics. 28 (2): 674. Bibcode:2007IJT....28..674B. doi:10.1007/s10765-007-0177-z.
^ en J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig (2003). „Measurement of the thermophysical properties of an NPL thermal conductivity standard Inconel 600”. High Temperatures – High Pressures. 35/36 (6): 621. doi:10.1068/htjr145.
^ ^a ^b ^c ^d en J. Blumm; A. Lindemann (2003). „Characterization of the thermophysical properties of molten polymers and liquids using the flash technique” (PDF). High Temperatures – High Pressures. 35/36 (6): 627. doi:10.1068/htjr144.
^ en J. Blumm; A. Lindemann; M. Meyer; C. Strasser (2011). „Characterization of PTFE Using Advanced Thermal Analysis Technique”. International Journal of Thermophysics. 40 (3–4): 311. Bibcode:2010IJT....31.1919B. doi:10.1007/s10765-008-0512-z.

Vezi și

Portal Fizică

[1] Lide, David R., ed. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ed. 90th). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.

[H-2] Hütte, vol. I, București: Editura Tehnică, 1951, p. 592

[LG-3] Lucian-Gheorghe Gavrilă, Transfer termic conductiv în regim staționar (curs, 2011), Universitatea „Vasile Alecsandri” din Bacău, accesat 2024-07-03

[4] Hetnarski, Richard B.; Eslami, M. Reza (2009). Thermal Stresses - Advanced Theory and Applications (ed. Online-Ausg.). Dordrecht: Springer Netherlands. p. 170. doi:10.1007/978-3-030-10436-8. ISBN 978-1-4020-9247-3.

[AJP-5] Unsworth, J.; Duarte, F. J. (1979), „Heat diffusion in a solid sphere and Fourier Theory”, Am. J. Phys., 47 (11): 891–893, Bibcode:1979AmJPh..47..981U, doi:10.1119/1.11601

[6] Lightfoot, R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. (1960). Transport Phenomena. John Wiley and Sons, Inc. Eq. 8.1-7. ISBN 978-0-471-07392-5.

[7] Carslaw, H. S.; Jaeger, J. C. (1959), Conduction of Heat in Solids (ed. 2nd), Oxford University Press, ISBN 978-0-19-853368-9

[8] Dante, Roberto C. (2016). Handbook of Friction Materials and Their Applications. Elsevier. pp. 123–134. doi:10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2.

[9] Venkanna, B.K. (2010). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. New Delhi: PHI Learning. p. 38. ISBN 978-81-203-4031-2. Accesat în 1 decembrie 2011.

[10] „NETZSCH-Gerätebau, Germany”. Arhivat din original la 11 martie 2012. Accesat în 12 martie 2012.

[Parker-11] W.J. Parker; R.J. Jenkins; C.P. Butler; G.L. Abbott (1961). „Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity”. Journal of Applied Physics. 32 (9): 1679. Bibcode:1961JAP....32.1679P. doi:10.1063/1.1728417.

[12] J. Blumm; J. Opfermann (2002). „Improvement of the mathematical modeling of flash measurements”. High Temperatures – High Pressures. 34 (5): 515. doi:10.1068/htjr061.

[13] Thermitus, M.-A. (octombrie 2010). „New Beam Size Correction for Thermal Diffusivity Measurement with the Flash Method”. În Gaal, Daniela S.; Gaal, Peter S. Thermal Conductivity 30/Thermal Expansion 18. 30th International Thermal Conductivity Conference/18th International Thermal Expansion Symposium. Lancaster, PA: DEStech Publications. p. 217. ISBN 978-1-60595-015-0. Accesat în 1 decembrie 2011.

[14] Brown; Marco (1958). Introduction to Heat Transfer (ed. 3rd). McGraw-Hill. and Eckert; Drake (1959). Heat and Mass Transfer. McGraw-Hill. ISBN 978-0-89116-553-8. citată în en Holman, J.P. (2002). Heat Transfer (ed. 9th). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-029639-8.

[Casalegno2010-15] V. Casalegno; P. Vavassori; M. Valle; M. Ferraris; M. Salvo; G. Pintsuk (2010). „Measurement of thermal properties of a ceramic/metal joint by laser flash method”. Journal of Nuclear Materials. 407 (2): 83. Bibcode:2010JNuM..407...83C. doi:10.1016/j.jnucmat.2010.09.032.

[baierlein-16] Lide, David R., ed. (1992). CDC Handbook of Chemistry and Physics (ed. 71st). Boston: Chemical Rubber Publishing Company. citat în en Baierlein, Ralph (1999). Thermal Physics. Cambridge, UK: Cambridge University Press. p. 372. ISBN 978-0-521-59082-2. Accesat în 1 decembrie 2011.

[eleccool-17] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l en Jim Wilson (august 2007). „Materials Data”.

[18] P. Hofer; E. Kaschnitz (2011). „Thermal diffusivity of the aluminium alloy Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) in the solid and liquid states”. High Temperatures – High Pressures. 40 (3–4): 311. Arhivat din original la 4 martie 2016. Accesat în 21 iulie 2024.

[19] A. Lindemann; J. Blumm (2009). Measurement of the Thermophysical Properties of Pure Molybdenum. 17th Plansee Seminar. 3.

[20] E. Kaschnitz; M. Küblböck (2008). „Thermal diffusivity of the aluminium alloy Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) in the solid and liquid states”. High Temperatures – High Pressures. 37 (3): 221. Arhivat din original la 4 martie 2016. Accesat în 21 iulie 2024.

[21] Lienhard, John H. Lienhard, John H. (2019). A Heat Transfer Textbook (ed. 5th). Dover Pub. p. 715.

[Koszor2009-22] O. Koszor; A. Lindemann; F. Davin; C. Balázsi (2009). „Observation of thermophysical and tribological properties of CNT reinforced Si₃ N₄”. Key Engineering Materials. 409: 354. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.409.354.

[23] J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig; R. Campbell (2007). „Measurement of Selected Thermophysical Properties of the NPL Certified Reference Material Stainless Steel 310”. International Journal of Thermophysics. 28 (2): 674. Bibcode:2007IJT....28..674B. doi:10.1007/s10765-007-0177-z.

[24] J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig (2003). „Measurement of the thermophysical properties of an NPL thermal conductivity standard Inconel 600”. High Temperatures – High Pressures. 35/36 (6): 621. doi:10.1068/htjr145.

[HTHP3536pp627-25] J. Blumm; A. Lindemann (2003). „Characterization of the thermophysical properties of molten polymers and liquids using the flash technique” (PDF). High Temperatures – High Pressures. 35/36 (6): 627. doi:10.1068/htjr144.

[26] J. Blumm; A. Lindemann; M. Meyer; C. Strasser (2011). „Characterization of PTFE Using Advanced Thermal Analysis Technique”. International Journal of Thermophysics. 40 (3–4): 311. Bibcode:2010IJT....31.1919B. doi:10.1007/s10765-008-0512-z.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]