Charakterystyka transportu cieplnego w jednowymiarowych materiałach stałych

Ogólnym celem poniższego filmu jest wprowadzenie techniki elektrotermicznej w stanach przejściowych. Ta technika jest skutecznym sposobem dokładnego pomiaru dyfuzyjności cieplnej materiałów stałych. Aby rozpocząć pomiar, próbka jest zawieszona między dwiema elektrodami miedzianymi.

Pasta srebrna jest nakładana na obszar styku elektrody próbki w celu zmniejszenia termicznej i elektrycznej rezystancji styku do znikomego poziomu. Cała próbka jest następnie umieszczana w komorze próżniowej, aby zmniejszyć przenoszenie ciepła do powietrza. Podczas pomiaru przez próbkę przepuszczany jest prąd skokowy w celu wywołania ogrzewania JUUL.

Profil czasowy indukowanego napięcia zostanie zarejestrowany przez oscyloskop. Wyższa dyfuzyjność termiczna próbki doprowadzi do szybszej ewolucji temperatury, co oznacza krótszy czas do osiągnięcia stanu ustalonego. Dlatego ta przejściowa zmiana temperatury napięcia może być wykorzystana do określenia dyfuzyjności termicznej.

Teoretyczne dopasowanie znormalizowanego eksperymentalnego wzrostu temperatury przeprowadza się przy użyciu różnych próbnych wartości dyfuzyjności cieplnej próbki. Wartość, która daje najlepsze dopasowanie danych eksperymentalnych, jest przyjmowana jako właściwość termiczna próbek. Prosimy o zapoznanie się z manuskryptem w celu zapoznania się ze szczegółowym tłem teoretycznym.

Techniki TD mają kilka zalet w porównaniu z technikami, których ludzie używali w przeszłości. Po pierwsze, poszerza zakres materialny, który możemy zmierzyć. Teraz możemy mierzyć zarówno materiały przewodzące, jak i nieprzewodzące.

Po drugie, znacznie poprawia dokładność środowiskową i stabilność. Nasz doktorant, Juan Lin, pokaże procedurę w tej pracy. Próbki włosów na głowie ludzkiej pobrane od 30-letniej, zdrowej kobiety są wykorzystywane do pokazania, jak skonfigurować eksperyment i przetworzyć dane eksperymentalne.

Najpierw zawieś próbkę między dwiema elektrodami miedzianymi. Następnie nakłada się pastę srebrną w obszarze styku elektrody próbki, aby zmniejszyć termo- i elektryczne rezystancje styków do znikomego poziomu. Następnie mikroskop służy do wstępnej kontroli próbki.

Musimy upewnić się, że pasta srebrna nie zanieczyściła zawieszonej próbki, przesączając się dalej w dół włosów. Gdy włosy zostaną zanieczyszczone pastą srebrną, właściwości termiczne ulegną drastycznej zmianie. W przypadku zauważenia jakichkolwiek zanieczyszczeń należy przygotować nową próbkę do eksperymentu.

Ponieważ próbki włosów na ludzkiej głowie nie przewodzą prądu elektrycznego, na zewnątrz próbki powlekana jest bardzo cienka warstwa złotej folii o grubości około 40 nanometrów, aby przewodziła prąd elektryczny. Ten złoty efekt na termodyfuzyjność zostanie odjęty od wyniku końcowego. Podczas przetwarzania danych eksperymentalnych należy teraz umieścić próbkę w komorze próżniowej i przepompować ją do prędkości od jednego do trzech milour, co spowoduje znikome efekty przewodzenia gazu.

Skokowy prąd stały jest następnie przepuszczany przez próbkę w celu wprowadzenia ogrzewania elektrycznego. Profil czasowy indukowanego napięcia zostanie zarejestrowany przez oscyloskop. W końcu.

Skaningowy mikroskop elektronowy zostanie wykorzystany do scharakteryzowania długości i średnicy próbek. Teoretyczne dopasowanie znormalizowanego eksperymentalnego wzrostu temperatury przeprowadza się przy użyciu różnych próbnych wartości dyfuzyjności cieplnej próbki. Za właściwość termiczną próbek do włosów na głowie człowieka przyjmuje się najlepsze dopasowanie danych doświadczalnych.

Dwie próbki są powlekane złotą folią dwukrotnie w testach odpowiednio. W manuskrypcie mamy cztery efektywną termodyfuzyjność i z równania 12. Wiemy, że kodowanie próbki złotą folią zmieni tylko rezystancję.

Punkt, w którym krzywa dopasowania przecina się z dostępem termodyfuzyjności, jest wartością efektywnej termodyfuzyjności, gdy opór jest nieskończony, co oznacza, że nie ma efektu złota. Łącząc te dwa punkty, można ujawnić zależność między rzeczywistą dyfuzyjnością termiczną, w tym efektem promieniowania, a L do kwadratu przez D. Dokonujemy ekstrapolacji liniowej do punktu, w którym L jest równe zero, co oznacza brak efektu promieniowania, a dyfuzyjność termiczna w tym punkcie wynosi 1,42 razy 10 do minus siedmiu metrów kwadratowych na sekundę.

Wartość ta odzwierciedla dyfuzyjność termiczną próbki bez wpływu promieniowania na wpływ powłoki złotej. Dla rzeczywistej przewodności cieplnej można ją łatwo ocenić za pomocą tego równania, jeśli podana jest gęstość w cieple właściwym. Technika TD jest bardzo skutecznym i solidnym podejściem do pomiaru sumy właściwości fizycznych lub materiałów dla tego samego materiału przy użyciu dwóch różnych długości.

Na koniec możemy zmierzyć sumę łączności, pewną dyfuzyjność. Również skuteczność powierzchniowa, jeśli podana jest gęstość i ciepło właściwe materiału.