Difusividad térmica | Son todos hechos importantes y preguntas frecuentes

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Definición de difusividad térmica

La difusividad térmica se define como la relación entre el calor conducido y el calor almacenado en el material por unidad de volumen.

Unidad de difusividad térmica

La unidad de difusividad térmica se expresa como m2/s

Fórmula de difusividad térmica

La ecuación de difusividad térmica está dada por,

\ alpha = \ frac {k} {\ rho \ cdot Cp}

Dónde,

α es la difusividad térmica,

k es la conductividad térmica (w / mK)

? es la densidad del material (kg / m3)

Cp es el calor específico (J / kg k)

Difusividad térmica del agua

La difusividad térmica del agua cambia con la temperatura y la presión. Si consideramos la condición de presión atmosférica, los valores de conductividad térmica con la temperatura se dan en la siguiente tabla.

Difusividad térmica
Difusividad térmica de agua y gas. Caja de herramientas de ingeniería crediticia

Difusividad térmica del aire

La difusividad térmica del aire con el cambio de temperatura se muestra en la tabla anterior. Generalmente, la difusividad térmica del gas es más que líquida en la práctica. estudiaremos más en el próximo tema.

Difusión térmica

La difusión térmica de la sustancia es el movimiento relativo de las moléculas debido al gradiente de temperatura.

Difusividad térmica del aluminio

La difusividad térmica del material de aluminio se da como 9.7 * 10-5 m2/s

Método de flash Difusividad térmica

El método flash se utiliza para determinar la difusividad térmica del material. El pulso de energía radiante de corta duración pasa a través de la muestra. La fuente de lámpara de flash de luz o láser se utiliza para la energía radiante. La pieza absorberá la energía emitida. El proceso se repite para la muestra. Debido a esta radiación emitida, hay un aumento de temperatura de la muestra de material. El detector de temperatura por infrarrojos registra este aumento de temperatura.

Se calcula la duración de la señal medida. La difusividad térmica se obtendrá a partir de la siguiente ecuación.

\ alpha = 0.1388 \ frac {L ^ {2}} {t / 2}

Donde L es el espesor de la muestra,

t / 2 es el medio tiempo,

podemos encontrar la difusividad térmica, el calor específico y la densidad utilizando el método flash.

El diagrama esquemático del método flash se muestra en la siguiente figura.

Método flash de difusividad térmica. Crédito Linseis

Cómo medir la difusividad térmica

La difusividad térmica se puede medir usando el método de flash como se discutió anteriormente. en este método, el pulso de energía corto se irradia en un extremo y el aumento de temperatura se calcula en el otro extremo.

Conductividad térmica y difusividad térmica

Para diferenciar entre conductividad térmica y difusividad térmica, considere dos materiales que tengan la misma conductividad térmica pero con diferente difusividad térmica. Ambos permitirán la misma tasa de flujo de calor en la condición de estado estacionario. Al comienzo del proceso de transferencia de calor, el material con mayor difusividad térmica alcanzará un estado estable primero en comparación con otro material, ya que retiene menos energía térmica. La energía térmica penetra rápidamente a través de este material, pero después de alcanzar un estado estable, la tasa de flujo de calor será la misma. Además, recuerde que el material que tiene menos difusividad térmica tarda más en alcanzar el estado estable.

Técnicas de medición de la difusividad térmica

Existen principalmente tres tipos de técnicas de medición de la difusividad térmica.

  • Método flash
  • Interferometría de ondas térmicas
  • Método termográfico

Difusividad térmica del asfalto

La difusividad térmica del asfalto (Ah-70) es de 0.123 mm.2/ s,

Asfalto (Ah-90) 0.128 mm2/s

Difusividad térmica del caucho

La difusividad térmica del material de caucho está en el rango de 0.089-0.13 mm2/s

Valores de difusividad térmica

Los valores de difusividad térmica para varios materiales se dan en la siguiente tabla. Los valores son cambios con propiedades como la temperatura. Estos valores se dan para temperatura y presión estándar.

Difusividad térmica de varios materiales. Crédito Wikipedia

Símbolo de difusividad térmica

El símbolo de la difusividad térmica es α

La difusividad térmica más alta es de

La mayor difusividad térmica es de plata pura 165.63 mm2 / con

Difusividad térmica de la arena

La difusividad térmica de la arena seca varió de 0.6 * 10-7 hasta 7.0 * 10-7 m2/ S.

Transferencia de calor por difusividad térmica

Hay tres modos de conducción de transferencia de calor, convección y radiación. La conducción de calor depende de dos propiedades principales. Uno es la conductividad térmica y la difusividad térmica. La conductividad térmica es una propiedad bien conocida, pero la difusividad térmica no es bien conocida. Define la tasa de transferencia de calor a través de un medio dado.

La tasa de transferencia de calor es más rápida cuanto mayor es la difusividad térmica. La difusividad térmica se equilibra entre el medio de transferencia de calor y el almacenamiento de calor.

Las difusividades térmicas para gases son generalmente

Las difusividades térmicas de la sustancia gaseosa se encuentran más que la sustancia líquida.

Coeficiente de difusión térmica

Es uno de los parámetros físicos que describe la dependencia del flujo de difusión másica de la mezcla. En otras palabras, el coeficiente de difusión térmica es la relación entre un gradiente de temperatura y la temperatura absoluta.

Significado de la difusión térmica

La difusión térmica de la sustancia es el movimiento relativo de las moléculas debido al gradiente de temperatura.

Difusividad térmica de vidrio

La difusividad térmica del vidrio es 0.34 * 10-6 m2/ s en condiciones atmosféricas normales.

Difusividad térmica de acero inoxidable

La difusividad térmica del acero inoxidable a 100 ° C es 4.55 * 10-6 m2/s

Relación de difusión térmica

La relación de difusión térmica es la relación entre el coeficiente de difusión térmica y el coeficiente de concentración.

Preguntas Frecuentes

Difusividad térmica de gas vs líquido

Las difusividades térmicas de la sustancia gaseosa se encuentran más que la sustancia líquida.

¿Qué material tiene la mayor difusividad térmica?

La difusividad térmica más aumentada es de plata pura 165.63 mm2 / con

Aplicación de la difusividad térmica

La transferencia de calor por conducción en cualquier aparato requiere el estudio de la difusividad térmica. Las industrias están utilizando el análisis de difusividad térmica para optimizar la tasa de transferencia de calor.

Si tomamos un ejemplo en particular, entonces el aislamiento es un ejemplo. En aislamiento, la difusividad térmica del material es mínima para que pueda resistir el máximo flujo de calor.

Estamos usando computadoras, laptops y otros aparatos electrónicos. ¿Sabes cuál es el método para extraer calor de los dispositivos? Sí, son disipadores de calor.

El disipador de calor requiere una mayor difusividad térmica para transferir calor más rápido desde cualquier dispositivo.

Un aumento en la transferencia de calor en cualquier dispositivo electrónico degrada su rendimiento. El material de mayor difusividad térmica debe usarse para mejorar su rendimiento en ese caso.

Difusividad térmica del hormigón

La difusividad térmica del hormigón es de 0.75 * 10 -6 m2/s

¿Cuál es el significado físico de la difusividad térmica?

La difusividad térmica se puede definir como la relación entre la conductividad térmica de la sustancia y la capacidad de almacenamiento de calor de la sustancia.

La relación define que el calor generado se difunde a una velocidad específica. El valor más alto de difusividad térmica indica que el tiempo requerido para la difusión del calor es menor. El estudio de la ecuación de difusividad térmica puede ser posible por el valor más alto de conductividad térmica o el valor más bajo de capacidad calorífica.

\ alpha = \ frac {k} {\ rho \ cdot Cp}

La difusividad térmica es útil para transferencias de calor más intransitorias. En la transferencia de calor en estado estacionario, la conductividad térmica es suficiente para estudiar.

¿Por qué la difusividad térmica del gas es mayor que la del líquido aunque la conductividad térmica del líquido sea mayor que la de los gases?

La difusividad térmica significa la capacidad de un material para transferir calor y almacenar el calor en un estado inestable. Puede ser posible una transferencia de calor más rápida si la difusividad térmica es mayor. La menor difusividad térmica del material significa el almacenamiento de calor en él.

El gas posee una baja capacidad calorífica volumétrica debido a su baja densidad. Debido a la baja capacidad calorífica volumétrica, el valor de la difusividad térmica es alto.

El líquido posee una alta capacidad calorífica en comparación con el gas; por tanto, la difusividad térmica es menor en el líquido.

¿Cuál es el orden de difusividad térmica para sólidos, líquidos y gases?

El orden de difusividad térmica en sólido, líquido y gas como se muestra a continuación,

Gas> Líquido> Sólido

¿Cuál es la diferencia entre difusión de impulso y difusión térmica?

Difusión de momento

Se puede considerar la viscosidad cinemática del fluido, es decir, la capacidad del fluido para fluir el momento. La difusión del momento se produce por esfuerzo cortante en un fluido. El esfuerzo cortante provoca un movimiento aleatorio y en cualquier dirección de las moléculas.

Difusión térmica

Puede definirse como la conductividad térmica dividida por la multiplicación de la densidad y la capacidad calorífica específica (cuando la presión es constante). Mide la tasa de transferencia de calor para un material dado desde el lado caliente al lado frío. Es predictivo análogo a si un material dado es "fresco al tacto".

¿Cómo se relaciona el número de Prandtl con la viscosidad cinemática y la difusividad térmica?

El número de Prandtl no tiene dimensiones. Se puede dar como la relación entre la difusividad del momento (es la viscosidad cinemática como se explicó anteriormente) y la difusividad térmica.

Se puede formular en ecuación como,

Pr = \ frac {v} \ alpha {}

Pr = número de Prandtl

V = difusividad del momento (m2/s )

α = Difusividad térmica (m2/ s )

MCQ

La difusividad térmica es la _________

(a) Parámetro adimensional (b) Función del calor (c) Propiedad física del material

(Todo lo anterior

¿La difusividad térmica de un material es __________________?

(a) directamente proporcional a la conductividad térmica (k)

(b) inversamente proporcional a la densidad de un material

(c) inversamente proporcional al calor específico

(D) Todas las anteriores

(e) ninguno de los anteriores

Encuentre la declaración incorrecta: Calor específico de un material ______________.

(a) Constante para un material (b) Capacidad calorífica por unidad de masa

(C) Propiedad extrínseca                      (d) Tiene unidades como J / kg-K.

¿Qué es una unidad de difusividad térmica?

(a) m / h

(B) m² / h

(c) m / hk

(d) m² / hk

La difusividad térmica del sólido es menor que la del líquido.

(A) Verdadero

(b) Falso

La difusividad térmica es mayor en …….

(a) Caucho

(B) Lider

(c) Hierro

(d) Concreto

La difusividad térmica es menor en ……

(A) RUBBER

(b) Plomo

(c) Aluminio

(d) Hierro

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Sobre Deepakkumar Jani

Soy Deepak Kumar Jani, estoy cursando un doctorado en energía mecánica renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos de investigación. Mi área temática de interés es la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, el dibujo técnico, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hibridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
Me complace ser parte de Lambdageeks y me gustaría presentar parte de mi experiencia de una manera simplista a los lectores.
Aparte de lo académico y la investigación, me gusta vagar por la naturaleza, capturar la naturaleza y crear conciencia sobre la naturaleza entre las personas.
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