Difusividad térmica

Velocidad a la que el calor se propaga por un material

En el análisis de transferencia de calor , la difusividad térmica es la conductividad térmica dividida por la densidad y la capacidad calorífica específica a presión constante. [1] Es una medida de la tasa de transferencia de calor dentro de un material. Tiene unidades de m 2 /s. La difusividad térmica generalmente se denota con alfa minúscula ( α ), pero también se utilizan a , h , κ ( kappa ), [2] K , [3] , D . D yo Estilo de visualización D_{T}}

La fórmula es: [4] donde alfa = a ρ do pag {\displaystyle \alpha ={\frac {k}{\rho c_{p}}}}

En conjunto, ρc p puede considerarse la capacidad calorífica volumétrica (J/(m 3 ·K)).

Como se ve en la ecuación del calor , [5] una forma de ver la difusividad térmica es como la relación entre la derivada temporal de la temperatura y su curvatura , cuantificando la velocidad a la que se "suaviza" la concavidad de la temperatura. La difusividad térmica es una medida contrastante a la efusividad térmica . [6] [7] En una sustancia con alta difusividad térmica, el calor se mueve rápidamente a través de ella porque la sustancia conduce el calor rápidamente en relación con su capacidad calorífica volumétrica o "volumen térmico". yo a = alfa 2 yo , {\displaystyle {\frac {\parcial T}{\parcial t}}=\alpha \nabla ^{2}T,}

La difusividad térmica se mide a menudo con el método flash . [8] [9] Implica calentar una tira o muestra cilíndrica con un pulso de energía corto en un extremo y analizar el cambio de temperatura (reducción de la amplitud y cambio de fase del pulso) a una corta distancia. [10] [11]

Difusividad térmica de materiales y sustancias seleccionados

Difusividad térmica de materiales y sustancias seleccionados [12]
MaterialDifusividad térmica (mm2 / s)Referencias
Grafito pirolítico , paralelo a las capas.1.220
Diamante1.060 - 1.160
Compuesto carbono/carbono a 25 °C216.5[13]
Helio (300 K, 1 atm)190[14]
Plata pura (99,9%)165,63
Hidrógeno (300 K, 1 atm)160[14]
Oro127[15]
Cobre a 25 °C111[13]
Aluminio97[15]
Silicio88[15]
Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) a 20 °C74.2[16]
Aleación de aluminio 6061-T664[15]
Molibdeno (99,95%) a 25 °C54.3[17]
Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) a 20 °C44.0[18]
Estaño40[15]
Vapor de agua (1 atm, 400 K)23.38
Hierro23[15]
Argón (300 K, 1 atm)22[14]
Nitrógeno (300 K, 1 atm)22[14]
Aire (300 K)19[15]
Acero , AISI 1010 (0,1% carbono)18.8[19]
Óxido de aluminio (policristalino)12.0
Acero , 1% de carbono11,72
Si 3 N 4 con CNT 26 °C9.142[20]
Si 3 N 4 sin CNT 26 °C8.605[20]
Acero inoxidable 304A a 27 °C4.2[15]
Grafito pirolítico, normal a capas3.6
Acero inoxidable 310 a 25 °C3.352[21]
Inconel 600 a 25 °C3.428[22]
Cuarzo1.4[15]
Arenisca1.15
Hielo a 0 °C1.02
Dióxido de silicio (policristalino)0,83[15]
Ladrillo, común0,52
Vidrio, ventana0,34
Ladrillo, adobe0,27
PC (policarbonato) a 25 °C0,144[23]
Agua a 25 °C0,143[23]
PTFE (politetrafluoroetileno) a 25 °C0,124[24]
PP (polipropileno) a 25 °C0,096[23]
Nylon0,09
Goma0,089 - 0,13[3]
Madera (pino amarillo)0,082
Parafina a 25 °C0,081[23]
PVC (cloruro de polivinilo)0,08[15]
Aceite de motor (líquido saturado, 100 °C)0,0738
Alcohol0,07[15]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lide, David R., ed. (2009). Manual de química y física del CRC (90.ª edición). Boca Raton, Florida : CRC Press . pág. 2-65. ISBN. 978-1-4200-9084-0.
  2. ^ Hetnarski, Richard B.; Eslami, M. Reza (2009). Estrés térmico: teoría y aplicaciones avanzadas (edición australiano en línea). Dordrecht: Springer Países Bajos. pag. 170. doi :10.1007/978-3-030-10436-8. ISBN 978-1-4020-9247-3.
  3. ^ ab Unsworth, J.; Duarte, FJ (1979), "Difusión de calor en una esfera sólida y teoría de Fourier", Am. J. Phys. , 47 (11): 891–893, Bibcode :1979AmJPh..47..981U, doi :10.1119/1.11601
  4. ^ Lightfoot, R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. (1960). Fenómenos de transporte . John Wiley and Sons, Inc. Ecuación 8.1-7. ISBN 978-0-471-07392-5.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. ^ Carslaw, HS ; Jaeger, JC (1959), Conducción de calor en sólidos (2.ª ed.), Oxford University Press, ISBN 978-0-19-853368-9
  6. ^ Dante, Roberto C. (2016). Manual de materiales de fricción y sus aplicaciones . Elsevier. págs. 123–134. doi :10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2.
  7. ^ Venkanna, BK (2010). Fundamentos de transferencia de calor y masa. Nueva Delhi: PHI Learning. p. 38. ISBN 978-81-203-4031-2. Recuperado el 1 de diciembre de 2011 .
  8. ^ "NETZSCH-Gerätebau, Alemania". Archivado desde el original el 11 de marzo de 2012 . Consultado el 12 de marzo de 2012 .
  9. ^ WJ Parker; RJ Jenkins; CP Butler; GL Abbott (1961). "Método de determinación de difusividad térmica, capacidad calorífica y conductividad térmica". Journal of Applied Physics . 32 (9): 1679. Bibcode :1961JAP....32.1679P. doi :10.1063/1.1728417.
  10. ^ J. Blumm; J. Opfermann (2002). "Mejora del modelado matemático de las mediciones de destello". Altas temperaturas – Altas presiones . 34 (5): 515. doi :10.1068/htjr061.
  11. ^ Thermitus, M.-A. (octubre de 2010). "Nueva corrección del tamaño del haz para la medición de la difusividad térmica con el método Flash". En Gaal, Daniela S.; Gaal, Peter S. (eds.). Conductividad térmica 30/Expansión térmica 18. 30.ª Conferencia internacional sobre conductividad térmica/18.º Simposio internacional sobre expansión térmica. Lancaster, PA: DEStech Publications. pág. 217. ISBN . 978-1-60595-015-0. Recuperado el 1 de diciembre de 2011 .
  12. ^ Brown; Marco (1958). Introducción a la transferencia de calor (3.ª ed.). McGraw-Hill. y Eckert; Drake (1959). Transferencia de calor y masa . McGraw-Hill. ISBN 978-0-89116-553-8.citado en Holman, JP (2002). Transferencia de calor (9.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-029639-8.
  13. ^ ab V. Casalegno; P. Vavassori; M. Valle; M. Ferraris; M. Salvo; G. Pintsuk (2010). "Medición de las propiedades térmicas de una unión cerámica/metal mediante el método de destello láser". Journal of Nuclear Materials . 407 (2): 83. Bibcode :2010JNuM..407...83C. doi :10.1016/j.jnucmat.2010.09.032.
  14. ^ abcd Lide, David R., ed. (1992). Manual de química y física de los CDC (71.ª ed.). Boston: Chemical Rubber Publishing Company.citado en Baierlein, Ralph (1999). Física térmica . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. pág. 372. ISBN. 978-0-521-59082-2. Recuperado el 1 de diciembre de 2011 .
  15. ^ abcdefghijkl Jim Wilson (agosto de 2007). "Datos de materiales". {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  16. ^ P. Hofer; E. Kaschnitz (2011). "Difusividad térmica de la aleación de aluminio Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) en los estados sólido y líquido". Altas temperaturas – Altas presiones . 40 (3–4): 311.
  17. ^ A. Lindemann; J. Blumm (2009). Medición de las propiedades termofísicas del molibdeno puro . 17.° Seminario Plansee . Vol. 3.
  18. ^ E. Kaschnitz; M. Küblböck (2008). "Difusividad térmica de la aleación de aluminio Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) en los estados sólido y líquido". Altas temperaturas – Altas presiones . 37 (3): 221.
  19. ^ Lienhard, John H. Lienhard, John H. (2019). Un libro de texto sobre transferencia de calor (5ª ed.). Pub de Dover. pag. 715.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  20. ^ ab O. Koszor; A. Lindemann; F. Davin; C. Balázsi (2009). "Observación de propiedades termofísicas y tribológicas de Si3N4 reforzado con nanotubos de carbono ". Materiales de ingeniería clave . 409 : 354. doi :10.4028/www.scientific.net/KEM.409.354. S2CID  136957396.
  21. ^ J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig; R. Campbell (2007). "Medición de propiedades termofísicas seleccionadas del acero inoxidable 310, material de referencia certificado por la NPL". Revista internacional de termofísica . 28 (2): 674. Bibcode :2007IJT....28..674B. doi :10.1007/s10765-007-0177-z. S2CID  120628607.
  22. ^ J. Blumm; A. Lindemann; B. Niedrig (2003–2007). "Medición de las propiedades termofísicas de un estándar de conductividad térmica NPL Inconel 600". Altas temperaturas – Altas presiones . 35/36 (6): 621. doi :10.1068/htjr145.
  23. ^ abcd J. Blumm; A. Lindemann (2003–2007). "Caracterización de las propiedades termofísicas de polímeros fundidos y líquidos utilizando la técnica flash" (PDF) . Altas temperaturas – Altas presiones . 35/36 (6): 627. doi :10.1068/htjr144.
  24. ^ J. Blumm; A. Lindemann; M. Meyer; C. Strasser (2011). "Caracterización de PTFE mediante una técnica avanzada de análisis térmico". Revista internacional de termofísica . 40 (3–4): 311. Bibcode :2010IJT....31.1919B. doi :10.1007/s10765-008-0512-z. S2CID  122020437.
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