Conducibilità termica: scopri i tre metodi principali per misurarla, essenziali per ingegneria e progettazione: calorimetro a piastra calda, filo caldo e flash laser.
3 Metodi per Misurare la Conducibilità Termica
La conducibilità termica è una proprietà fondamentale dei materiali che indica la loro capacità di trasmettere calore. Conoscere la conducibilità termica è essenziale in molti ambiti dell’ingegneria termica, dall’isolamento degli edifici alla progettazione dei componenti elettronici. Esistono diversi metodi per misurare la conducibilità termica; vediamo i tre più comuni:
1. Metodo del Calorimetro a Piastra Calda
Il metodo del calorimetro a piastra calda è uno dei metodi più tradizionali per misurare la conducibilità termica dei materiali solidi. Il campione viene posto tra due piastre, una riscaldata e una mantenuta a temperatura costante. La piastra riscaldata fornisce una quantità costante di calore al campione, e la temperatura viene misurata a diverse posizioni:
k = \frac{Q}{A} \cdot \frac{d}{(T1 – T2)}
dove:
- k è la conducibilità termica.
- Q è il flusso di calore attraverso il campione.
- A è l’area trasversale del campione.
- d è lo spessore del campione.
- T1 e T2 sono le temperature sulle due facce del campione.
2. Metodo del Filo Caldo
Il metodo del filo caldo è particolarmente adatto per misurare la conducibilità termica di liquidi e materiali isolanti. In questo metodo, un filo riscaldato e un sensore di temperatura sono immersi nel campione. Quando il filo viene riscaldato, si misura la variazione di temperatura nel tempo:
k = \frac{Q}{4 \pi L} \cdot \frac{\ln(t2/t1)}{T2 – T1}
dove:
- L è la lunghezza della sezione riscaldata del filo.
- t1 e t2 sono due tempi durante riscaldamento.
- T1 e T2 sono le temperature corrispondenti a t1 e t2.
3. Metodo del Flash Laser
Il metodo del flash laser è utilizzato per misurare la conducibilità termica dei materiali solidi e in polvere. In questo metodo, un impulso laser riscalda la superficie anteriore del campione e un sensore registra la variazione di temperatura sulla superficie posteriore. La conducibilità termica è calcolata in base al tempo necessario per il calore di propagarsi attraverso il campione:
k = \frac{\alpha \cdot \rho \cdot c_p}{d}
dove:
- \alpha è la diffusività termica.
- \rho è la densità del materiale.
- c_p è la capacità termica specifica a pressione costante.
- d è lo spessore del campione.
Questi metodi rappresentano alcune delle tecniche più utilizzate per determinare la conducibilità termica dei materiali. La scelta del metodo dipende dalle proprietà del materiale da misurare e dalla precisione richiesta.
