Thermische Eigenschaften der Werkstoffe

Beim Laser-Flash-Verfahren wird die Vorderseite einer Scheibe der Dicke L = 2,0 mm mit einem Lichtpuls bestrahlt; der Temperaturanstieg auf der Rückseite erreicht nach t½ = 0,050 s die Hälfte seines Maximums. Welcher Wert kommt der Temperaturleitfähigkeit am nächsten, die mit der Parker-Gleichung α = 0,1388L²/t½ unter Vernachlässigung von Wärmeverlusten berechnet wird?

  1. AEtwa 8,0×10⁻⁵ m²/s
  2. BEtwa 1,1×10⁻⁵ m²/s
  3. CEtwa 5,6×10⁻³ m²/s
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Lösung: B. Etwa 1,1×10⁻⁵ m²/s

Mit L = 2,0×10⁻³ m ist L² = 4,0×10⁻⁶ m² und α = 0,1388 × 4,0×10⁻⁶/0,050 ≈ 1,1×10⁻⁵ m²/s. Die Zeit, bis die an der Vorderseite absorbierte Wärme in Dickenrichtung diffundiert und die Rückseite erreicht, ist proportional zu L²/α; daher lässt sich die Temperaturleitfähigkeit aus der Zeit bestimmen, nach der der Temperaturanstieg die Hälfte erreicht. Etwa 8,0×10⁻⁵ m²/s ergibt sich, wenn der Faktor 0,1388 vergessen wird, etwa 5,6×10⁻³ m²/s, wenn die Dicke nicht quadriert wird; dabei ergibt sich auch nicht die Einheit m²/s. Die Wärmeleitfähigkeit wird mit separat gemessener Dichte und spezifischer Wärmekapazität aus κ = αρc bestimmt. Da sich die Zeit mit dem Quadrat der Dicke ändert, verwendet man bei Werkstoffen mit großer Temperaturleitfähigkeit dickere Proben, um eine gut messbare Zeit zu erhalten.

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