Caracterização dos Transportes térmica em materiais sólidos unidimensionais

O objetivo geral do seguinte vídeo é apresentar a técnica eletrotérmica transitória. Essa técnica é uma maneira eficaz de medir com precisão a difusividade térmica de materiais sólidos. Para iniciar a medição, a amostra é suspensa entre dois eletrodos de cobre.

Aplica-se pasta de prata na área de contato do eletrodo da amostra para reduzir as resistências térmica e elétrica de contato a um nível desprezível. Em seguida, a amostra inteira é acomodada em uma câmara de vácuo para reduzir a transferência de calor para o ar. Durante a medição, uma corrente em degrau é aplicada através da amostra para induzir o aquecimento JUUL.

O perfil temporal da tensão induzida será registrado pelo osciloscópio. Uma maior difusividade térmica da amostra resultará em uma evolução mais rápida da temperatura, ou seja, um tempo mais curto para atingir o estado estacionário. Assim, essa mudança transitória de tensão pode ser utilizada para determinar a difusividade térmica.

O ajuste teórico do aumento de temperatura experimental normalizado é realizado utilizando diferentes valores experimentais da difusividade térmica da amostra. O valor que fornece o melhor ajuste aos dados experimentais é considerado a propriedade térmica das amostras. Consulte o manuscrito para obter detalhes sobre a fundamentação teórica.

As técnicas de TD apresentam várias vantagens em relação às técnicas que as pessoas usaram no passado. Primeiro, ampliam o escopo de materiais que podemos medir. Agora podemos medir materiais condutores e não condutores.

Segundo, ele melhora significativamente a precisão ambiental e a estabilidade. Nosso estudante de pós-graduação, Juan Lin, demonstrará o procedimento neste trabalho. Amostras de cabelo humano coletadas de uma mulher saudável de 30 anos são utilizadas para mostrar como montar o experimento e processar os dados experimentais.

Primeiro, suspenda a amostra entre dois eletrodos de cobre. Em seguida, aplica-se pasta de prata na área de contato entre a amostra e o eletrodo para reduzir as resistências térmica e elétrica de contato a um nível desprezível. A seguir, utiliza-se o microscópio para realizar a verificação preliminar da amostra.

Devemos garantir que a pasta de prata não tenha contaminado a amostra suspensa ao penetrar mais ao longo do comprimento do fio de cabelo. Uma vez que o fio de cabelo é contaminado com a pasta de prata, suas propriedades térmicas serão drasticamente alteradas. Se alguma contaminação for observada, uma nova amostra precisa ser preparada para o experimento.

Como as amostras de cabelo humano não são eletricamente condutivas, uma camada muito fina de filme de ouro com cerca de 40 nanômetros é depositada na superfície externa da amostra para torná-la condutiva. Esse efeito do ouro na difusividade térmica será subtraído do resultado final. Ao processar os dados experimentais, coloque agora a amostra na câmara de vácuo e bombeie-a até um a três milibar, resultando em efeitos de condução gasosa desprezíveis.

Uma corrente contínua em degrau é então aplicada através da amostra para introduzir aquecimento elétrico. O perfil de tensão induzida ao longo do tempo será registrado pelo osciloscópio. Por fim.

Um microscópio eletrônico de varredura será usado para caracterizar o comprimento e o diâmetro das amostras. O ajuste teórico do aumento de temperatura experimental normalizado é realizado utilizando diferentes valores experimentais da difusividade térmica da amostra. O valor que fornece o melhor ajuste aos dados experimentais é considerado como a propriedade térmica das amostras de cabelo humano.

Duas amostras são revestidas com filme de ouro duas vezes, sendo testadas duas vezes, respectivamente. Temos quatro difusividades térmicas efetivas e, a partir da equação 12 do manuscrito, sabemos que revestir a amostra com filme de ouro alterará apenas a resistência.

O ponto onde a curva de ajuste intercepta o eixo de difusividade térmica é o valor da difusividade térmica efetiva quando a resistência é infinita, o que significa que não há efeito do ouro. Ao combinar esses dois pontos, pode-se revelar a relação entre a difusividade térmica real, incluindo o efeito da radiação, e L ao quadrado dividido por D. Fazemos uma extrapolação linear até o ponto onde L é igual a zero, o que significa ausência de efeito de radiação, e a difusividade térmica nesse ponto é 1,42 vezes 10 à potência de menos sete metros quadrados por segundo.

Esse valor reflete a difusividade térmica da amostra sem o efeito da radiação na influência do revestimento de ouro. Para a condutividade térmica real, pode ser facilmente avaliada por esta equação se a densidade e o calor específico forem fornecidos. A técnica TD é uma abordagem muito eficaz e robusta para medir as propriedades físicas totais ou materiais agora para o mesmo material utilizando dois comprimentos diferentes.

Finalmente, podemos medir a conectividade total, alguma difusividade. Também a efetividade da superfície, se a densidade e o calor específico do material forem fornecidos.