Thermische Diffusivität - Wikipedia

In der Wärmeübertragungsanalyse ist die thermische Diffusivität die Wärmeleitfähigkeit, geteilt durch Dichte und spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck. ^[1] Sie misst die Wärmeübertragungsrate eines Materials vom heißen Ende zum Wärmeleitmittel das kalte Ende Es hat die von SI abgeleitete Einheit von m² / s. Die thermische Diffusivität wird üblicherweise als α bezeichnet, aber a h, κ ^[2] K [19599004] und D . werden auch verwendet. Die Formel
ist:

${\displaystyle \mathrm{\alpha \; <!--\; \alpha \; -->}=\frac{k}{\mathrm{\rho \; <!--\; \rho \; -->}{c}_p}}$^[4]

wobei

Zusammen ${\displaystyle \mathrm{\rho \; <!--\; \rho \; -->}{c}_p}$ kann als der angesehen werden. volumetrische Wärmekapazität (J / (m³ · K)).

Wie in der Wärmegleichung zu sehen ist, ^[5]

${\displaystyle \frac{\mathrm{<!--\; \partial \; -->}T}{\mathrm{<!--\; \partial \; -->}t}=\mathrm{\alpha \; <!--\; \alpha \; -->}{\mathrm{2\; <!--\; \nabla \; -->}}^{2}T}$

Eine Möglichkeit, die thermische Diffusivität zu betrachten, ist das Verhältnis der zeitlichen Ableitung von der Temperatur zu ihrer Krümmung, wobei die Geschwindigkeit quantifiziert wird, mit der die Temperaturkonkavität "geglättet" wird. Die thermische Diffusivität ist gewissermaßen das Maß für die thermische Trägheit. ^[6] In einer Substanz mit hoher thermischer Diffusivität wird Wärme schnell durch sie hindurchgeleitet, da die Substanz die Wärme relativ zu ihrer volumetrischen Wärmekapazität oder dem „thermischen Volumen“ schnell leitet.

Die thermische Diffusivität wird häufig mit der Blitzmethode gemessen. ^[7][8] Hierbei werden ein Streifen oder eine zylindrische Probe mit einem kurzen Energieimpuls an einem Ende erhitzt und die Temperaturänderung (Verringerung der Amplitude und Phasenverschiebung des Impulses) kurz gemessen ^[9][10]

Wärmeleitfähigkeit ausgewählter Materialien und Substanzen ^[11]

Werkstoff	Wärmeleitfähigkeit (m² / s)	Wärmeleitfähigkeit (mm² / s)
Pyrolytischer Graphit, parallel zu den Schichten	1,22 × 10 -3	1220
Silber, rein (99,9%)	1.6563 × 10 -4	165.63
Gold	1,27 × 10 -4 [12]	127
Kupfer bei 25 ° C	1,11 × 10 -4 [13]	111
Aluminium	9,7 × 10 –5 [12]	97
Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) bei 20 ° C	74,2 × 10 -6 [14]	74.2
Aluminium 6061-T6-Legierung	6,4 × 10 -5 [12]	64
Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) bei 20 ° C	4,4 × 10 -5 [15]	44.0
Stahl, AISI 1010 (0,1% Kohlenstoff)	1,88 x 10 -5 [16]	18.8
Stahl, 1% Kohlenstoff	1,172 × 10 -5	11.72
Stahl, Edelstahl 304A bei 27 ° C	4,2 × 10 -6 [12]	4.2
Stahl, rostfrei 310 bei 25 ° C	3,352 × 10 -6 [17]	3.352
Inconel 600 bei 25 ° C	3.428 × 10 -6 [18]	3.428
Molybdän (99,95%) bei 25 ° C	54,3 × 10 -6 [19]	54.3
Eisen	2,3 × 10 -5 [12]	23
Silizium	8,8 × 10 -5 [12]	88
Quarz	1,4 × 10 -6 [12]	1.4
Kohlenstoff / Kohlenstoff-Verbundstoff bei 25 ° C	2,165 × 10 -4 [13]	216.5
Aluminiumoxid (polykristallin)	1,20 × 10 -5	12.0
Siliciumdioxid (Polykristallin)	8.3 × 10 -7 [12]	0.83
Si 3 N 4 mit CNTs 26 ° C	9.142 × 10 -6 [20]	9,142
Si 3 N 4 ohne CNTs 26 ° C	8.605 × 10 -6	8,605
PC (Polycarbonat) bei 25 ° C	1,44 × 10 -7 [21]	0,144
PP (Polypropylen) bei 25 ° C	9,6 × 10 -7 [21]	0,096
Paraffin bei 25 ° C	8.1 × 10 -8 [21]	0.081
PVC (Polyvinylchlorid)	8 × 10 -8 [12]	0,08
PTFE (Polytetrafluorethylen) bei 25 ° C	0,124 × 10 -6 [22]	0.124
Wasser bei 25 ° C	1,43 × 10 -7 [21]	0,143
Alkohol	7 × 10 -8 [12]	0,07
Wasserdampf (1 atm, 400 K)	2.338 × 10 -5	23.38
Air (300 K)	1,9 × 10 -5 [12]	19
Argon (300 K, 1 atm)	6995220000000000000 1945 2.2 × 10 -5	22
Helium (300 K, 1 atm)	6996190000000000000 1945 1.9 × 10 -4	190
Wasserstoff (300 K, 1 atm)	6996160000000000000 1945 1.6 × 10 -4	160
Stickstoff (300 K, 1 atm)	6995220000000000000 1945 2.2 × 10 -5	22
Pyrolytischer Graphit, normal zu Schichten	3,6 × 10 -6	3.6
Sandstein	1.12–1.19 × 10 -6	1.15
Zinn	4,0 × 10 -5 [12]	40
Brick, common	5,2 × 10 -7	0.52
Brick, adobe	2,7 × 10 -7	0,27
Glas, Fenster	3,4 × 10 -7	0,34
Gummi	0.89 [3] - 1.3 [ erforderliche Zitierung × 10 -7	0.089 - 0.13
Nylon	9 × 10 -8	0,09
Holz (gelbe Kiefer)	8,2 × 10 -8	0,082
Öl, Motor (gesättigte Flüssigkeit, 100 ° C)	7,38 × 10 -8	0,0738

Siehe auch [ edit ]

Literaturangaben [ edit

1. Lide, David R., ed. (2009). CRC-Handbuch für Chemie und Physik (90. Auflage). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.
   


2. ^ Gladwell, Richard B. Hetnarski, M. Reza Eslami; bearbeitet von G.M.L. (2009). Wärmespannungen - fortgeschrittene Theorie und Anwendungen (Online-Ausg. Hrsg.). Dordrecht: Springer Niederlande. p. 170. ISBN 978-1-4020-9247-3.
   


3. ^ ^{a b} Unsworth, J .; Duarte, F. J. (1979), "Wärmediffusion in einer festen Kugel und Fouriertheorie", Am. J. Phys. 47 (11): 891–893, Bibcode: 1979AmJPh..47..981U, doi: 10.1119 / 1.11601
   


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6. Venkanna, B.K. (2010). Grundlagen des Wärme- und Massentransfers . Neu-Delhi: PHI-Lernen. p. 38. ISBN 978-81-203-4031-2 . 1. Dezember 2011 .
   


7. ^ NETZSCH-Gerätebau, Deutschland
   


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