4 Técnicas de Medição da Difusividade Térmica

Medição da difusividade térmica: conheça o Método do Flash de Laser, Técnica da Linha Quente Transiente, Método do Fio Quente e a Técnica da Esfera Dividida.

A difusividade térmica é uma propriedade-chave dos materiais para a condução do calor, representando a eficiência com que um material pode transmitir calor. Neste artigo, vamos explorar quatro técnicas comuns para medir a difusividade térmica: o Método do Flash de Laser, a Técnica da Linha Quente Transiente, o Método do Fio Quente, e a Técnica da Esfera Dividida.

Método do Flash de Laser

O Método do Flash de Laser é uma técnica amplamente utilizada devido à sua precisão. Nesta técnica, um pulso de laser é usado para aquecer um lado de uma amostra pequena, tipicamente um disco fino. A difusividade térmica é então determinada ao monitorar a variação da temperatura na superfície oposta da amostra com o tempo.

O pulso de laser dura apenas alguns microssegundos.

A curva de resposta térmica é registrada e analisada.

O valor da difusividade térmica \(\alpha\) pode ser calculado usando a equação:

\(\alpha = \frac{d^2 \pi^2}{16t_{1/2}}\)

onde \(d\) é a espessura da amostra e \(t_{1/2}\) é o tempo necessário para que a temperatura de uma face da amostra alcance metade do máximo.

Técnica da Linha Quente Transiente (LHT)

A Técnica da Linha Quente Transiente envolve um fio aquecedor fino colocado sobre a amostra. Quando o fio é aquecido eletricamente, a resposta térmica medida no mesmo fio fornece dados para calcular a difusividade térmica.

A elevação da temperatura do fio é monitorada ao longo do tempo.

O fio atua simultaneamente como fonte de calor e sensor.

A difusividade térmica é obtida a partir da solução da equação da condução de calor para um meio infinito.

Método do Fio Quente

Similar à Técnica da Linha Quente Transiente, o Método do Fio Quente utiliza um fio fino inserido na amostra. Este método é especialmente útil para materiais em forma de pó ou líquidos.

O fio aquecedor é introduzido na amostra e uma corrente elétrica é passada através do fio para aquecê-lo.

A elevação da temperatura em função do tempo é registrada.

A difusividade térmica \(\alpha\) é calculada a partir da variação da temperatura com o tempo, utilizando a equação:

\(\Delta T = \frac{Q}{4\pi k} \ln(t)\)

onde \(\Delta T\) é a variação de temperatura, \(Q\) é a taxa de calor por unidade de comprimento do fio, \(k\) é a condutividade térmica e \(t\) é o tempo.

Técnica da Esfera Dividida

A Técnica da Esfera Dividida envolve um procedimento experimental onde uma esfera é aquecida e, em seguida, cortada em duas metades. A difusividade térmica é determinada observando o perfil de temperatura nas metades da esfera.

A esfera é aquecida uniformemente antes da divisão.

Após a divisão, a redistribuição de temperatura é monitorada.

O perfil de temperatura é usado para calcular a difusividade térmica através de equações que descrevem a condução de calor esférica.

Essas técnicas, com seus diferentes princípios operacionais, oferecem uma gama de opções para medir a difusividade térmica de diversos materiais em diferentes condições. Escolher a técnica apropriada depende das propriedades do material em teste e dos requisitos específicos da medição.