Análisis del destello del láser

El análisis de destello láser o método de destello láser se utiliza para medir la difusividad térmica de una variedad de materiales diferentes. Un pulso de energía calienta un lado de una muestra plano-paralela y se detecta el aumento de temperatura dependiente del tiempo resultante en la parte posterior debido a la entrada de energía. Cuanto mayor sea la difusividad térmica de la muestra, más rápido llega la energía a la parte posterior. En el lado derecho se muestra un aparato de destello láser ( LFA ) para medir la difusividad térmica en un amplio rango de temperaturas.

En un caso adiabático unidimensional, la difusividad térmica se calcula a partir de este aumento de temperatura de la siguiente manera: ${\estilo de visualización a}$

a=0.1388\cdot {\frac {d^{2}}{t_{1/2}}}

Dónde

${\estilo de visualización a}$ es la difusividad térmica en cm ² /s
${\estilo de visualización d}$ es el espesor de la muestra en cm
$estilo de visualización t_{1/2}}$ ¿Es el tiempo hasta la mitad del máximo en s?

Como el coeficiente 0,1388 es adimensional, la fórmula también funciona para y en sus unidades SI correspondientes. ${\estilo de visualización a}$ ${\estilo de visualización d}$

Principio de medición

El método del destello láser fue desarrollado por Parker et al. en 1961. ^[1] En una configuración vertical, una fuente de luz (por ejemplo, láser , lámpara de destello) calienta la muestra desde el lado inferior y un detector en la parte superior detecta el aumento de temperatura dependiente del tiempo. Para medir la difusividad térmica, que depende en gran medida de la temperatura, a diferentes temperaturas la muestra se puede colocar en un horno a temperatura constante.

Las condiciones perfectas son

material homogéneo,
Una entrada de energía homogénea en el lado frontal
un pulso corto dependiente del tiempo, en forma de una función delta de Dirac

Se han realizado varias mejoras en los modelos. En 1963, Cowan tiene en cuenta la radiación y la convección en la superficie. ^[2] Cape y Lehman consideran la transferencia de calor transitoria, los efectos de pulso finito y también las pérdidas de calor en el mismo año. ^[3] Blumm y Opfermann mejoraron el modelo Cape-Lehman con soluciones de alto orden de transferencia de calor transitoria radial y pérdida de calor facial, una rutina de regresión no lineal en caso de altas pérdidas de calor y una corrección avanzada y patentada de la longitud del pulso. ^[4]^[5]

Véase también

Referencias

^ 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.
^ RD Cowan (1963). "Método de pulso para medir la difusividad térmica a altas temperaturas". Journal of Applied Physics . 34 (4): 926. Bibcode :1963JAP....34..926C. doi :10.1063/1.1729564.
^ JA Cape; GW Lehman (1963). "Temperatura y efectos de pulso finito en el método de destello para medir la difusividad térmica". Journal of Applied Physics . 34 (7): 1909. Bibcode :1963JAP....34.1909C. doi :10.1063/1.1729711.
^ Patente estadounidense 7.038.209
^ 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.

[Parker-1] 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.

[Cowan-2] RD Cowan (1963). "Método de pulso para medir la difusividad térmica a altas temperaturas". Journal of Applied Physics . 34 (4): 926. Bibcode :1963JAP....34..926C. doi :10.1063/1.1729564.

[CapeLehman-3] JA Cape; GW Lehman (1963). "Temperatura y efectos de pulso finito en el método de destello para medir la difusividad térmica". Journal of Applied Physics . 34 (7): 1909. Bibcode :1963JAP....34.1909C. doi :10.1063/1.1729711.

[4] Patente estadounidense 7.038.209

[Blumm-5] 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.