Pendahuluan
Karena sifat magnetik dan termofisiknya yang sangat baik, besi murni sering digunakan dalam komponen elektromagnetik yang memerlukan transfer panas yang efisien. Contohnya termasuk inti transformator, motor listrik, kumparan induksi, dan komponen dalam elektronika daya, di mana terjadi tekanan magnetik dan termal. Oleh karena itu, pemahaman yang tepat tentang sifat termal pada rentang suhu yang luas sangat penting untuk merancang komponen secara andal dan secara akurat mensimulasikan perilaku operasionalnya dalam kondisi dunia nyata.
Pengetahuan tentang Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sangat penting, karena secara signifikan menentukan seberapa efisien panas diangkut dalam suatu bahan. Dalam aplikasi yang melibatkan besi murni, terutama dalam komponen elektromagnetik, hal ini secara langsung memengaruhi distribusi suhu, pembuangan panas, dan dengan demikian keselamatan operasional dan masa pakai komponen. Pembuangan panas yang tidak memadai dapat menyebabkan panas berlebih lokal, mengurangi efisiensi, atau bahkan kegagalan. Oleh karena itu, pemahaman yang tepat tentang Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sangat penting untuk desain termal, optimalisasi, dan simulasi sistem industri.
Metode dan Kondisi Pengukuran
Analisis sinar laser (LFA, lihat gambar 1), terutama digunakan untuk menentukan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal (α) suatu bahan. Apabila dikombinasikan dengan densitas (ρ) dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik (Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp), Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (λ) dapat dihitung (λ = α - Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp - ρ).
Selama pengukuran, bagian bawah sampel dipanaskan oleh pulsa laser pendek. Peningkatan suhu yang dihasilkan pada sisi yang berlawanan dideteksi dengan menggunakan detektor inframerah. Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu. Difusivitas termal material kemudian dapat ditentukan berdasarkan profil suhu ini dari waktu ke waktu dan model matematika yang sesuai.
Dengan menggunakan tempat sampel safir khusus untuk logam cair (lihat gambar 2), Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dari sampel besi murni diukur secara terus menerus dengan LFA 707 StratoFlash®Classic saat sampel tersebut bertransisi dari kondisi padat ke cair.
Kapasitas panas spesifik (Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp) ditentukan dalam rentang suhu dari suhu kamar hingga 1600°C menggunakan DSC 500 Pegasus®, yang dilengkapi dengan tungku rhodium. Kondisi pengukuran dirinci dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi pengukuran LFA
| Kisaran suhu | RT - 1600 ° C |
| Tempat sampel | Safir untuk logam cair |
| Ukuran sampel | Ø 1,39 mm; ketebalan ~ 1,4 mm; permukaan planparalel |
| Pelapisan | Grafit |
| Kapasitas panas spesifik | Dengan menggunakan DSC 500 Pegasus® |
| Suasana | Ar |
| Tingkat pemanasan | Variabel 10 hingga 20 K/menit |
| Energi | 650 V; 600 μs |
Hasil dan Pembahasan
Gambar 3 menggambarkan perilaku khas besi murni, termasuk transisi Curie (≈770°C). Baik Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal (kurva merah) maupun Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik (kurva hitam) menunjukkan perubahan yang berbeda pada titik ini, masing-masing dengan minimum dan maksimum lokal. Dengan demikian, transisi Curie dapat dengan jelas terlihat pada Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik, sedangkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (kurva biru) tidak menunjukkan efek pada wilayah ini. Pada rentang leleh di atas 1525°C, Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal menurun secara signifikan karena struktur kisi rusak dan transportasi panas melalui fonon tidak lagi terjadi.
Ringkasan
Dari padat hingga cair: Dengan menggunakan LFA 707 StratoFlash®Classic , yang dilengkapi dengan tempat sampel safir khusus, logam dapat dikarakterisasi secara terus menerus hingga ke lelehannya. Data yang dihasilkan memberikan wawasan yang berharga ke dalam perilaku Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang bergantung pada suhu, membentuk dasar yang dapat diandalkan untuk simulasi, pemilihan bahan dan optimasi komponen, bahkan dalam kondisi operasi yang ekstrem.