Free Press

はじめに

熱拡散率の概念は、熱伝導率の概念と混同されることがよくあります。 これらは密接に関連した概念ですが、科学界では熱伝導率の方がより一般的であるように見えます。 2つの熱伝導測定のうちあまり一般的ではないとしても、熱拡散率は、熱の動きや挙動に影響を与える重要な役割を果たします。

熱拡散率は、熱がオブジェクトまたはボディ全体に分散する速度の尺度です。 熱伝導率は、物質の1つの原子または分子がどれだけ容易に熱を受け入れるか、または熱を逃がすかを示す尺度である。

Expressions for Thermal Diffusion

熱伝導率も熱拡散の因子とみなすことができる。 熱を効率よく伝えるといわれる材料は、熱を伝えやすくするために、熱拡散の特性も効果的に持っていなければなりません。 また、密度も熱拡散の要因の一つである。 密度が高い材料は、原子や分子がぎっしりと詰まっている状態である。 密度が高いと、熱が物体内を伝わる速度と距離が制限される。

比熱容量は、固体に関してだけ言えば最後の関連因子で、この量は1つの原子/分子が一度にどれだけの熱を保持できるかに関係するものです。 これは、より多くの車が停車するほど変化しやすくなる信号機のようなものです。 比熱を大きくすることは、信号待ちの車が青になる確率を小さくするようなものです。 また、流体は、加熱による原子・分子の動きである対流の影響を受けます。 対流は熱伝導に影響を与え、熱拡散率を数学的にモデル化することをより難しくします。 pc は、しばしば体積熱容量と呼ばれます。

数学または関連分野のバックグラウンドを持つ人にとって、この概念は多少なじみがあるかもしれません。 これは、一貫性のある媒体を介した任意の特性の拡散を記述する方程式のかなり有用な形式に起因することができます。

「熱の式」

Where is a measure of some property, \ is its derivative with respect to time, and \ is its Laplace operator (the divergence of the gradient)

In case of heat transfer through a homogeneous (uniform) body, \ could represent temperature and α would be same as above.Heat equation is called the ‘Heat Equation’ for most common usage is heat diffusion from its same material.

この式の利点の一つは、(2)の式を座標系に関係なく書けることである。

Experimental Methods of the Thermal Diffusivity

密度がわかっていれば、熱伝導率と一緒に熱拡散率を測定することが可能である。 その方法の1つがSearleの棒の実験で、熱伝導率の式が得られる

最初に計算せずに次の式を熱拡散の式に代入すれば、比熱容量を知る必要はない

現代の技術の向上により、物体の熱拡散率をより正確に決定する方法が生まれている。 フラッシュ法は、比較的新しい熱拡散率の測定方法である。 この方法では、あらかじめ決められた寸法の小さな試料に黒い塗料を塗り、試料がブラックボックスとして振る舞うように設計されています。 そして、試料の表面に短時間の非常に強い光を当てます。 この光の波長と強度を知っていれば、試料に与えるエネルギー量を簡単に高精度で見積もることができる。 試料の反対側の面は熱電対に接触しており、その面の温度を測定することができる。 測定された温度は、オシロスコープで時間と共にプロットされる。

Applications of Thermal Diffusivity

Many industries rely on thermal diffusivity to determine the most suitable materials to optimize efficient heat flow.The thermal diffusivity can be found through the shape of the graph by rearrange the heat equation.The thermal diffusivity is seen the thermal diffusivity. 断熱材は、一度に通過する熱量が最小限になるように、低い熱拡散率を必要とする材料の一例です。 ヒートシンクは、熱を他の機器から運び出すために設計された機器である。 ヒートシンクは、熱を素早く運ぶために、非常に高い熱拡散率を持つことが要求される。 もし、熱の移動が遅いと、熱を受け入れている部分が熱くなり、単位時間あたりに流れる熱量が少なくなってしまうからだ。 ヒートシンクは、ほとんどすべての電気機器に使用されている。 特定の部品の温度が上昇すると、電気抵抗が増加し、予期しない動作につながる可能性があります。