Parámetros termofísicos
La capacidad calorífica específica cp, la difusividad térmica ay conductividad térmica λ son propiedades termofísicas importantes para caracterizar la conducción del calor de los materiales.
Diferentes métodos de medición en función del material a analizar, la temperatura de medición y la precisión requerida.
Cómo funciona el análisis por rayo láser
El análisis flash láser suele utilizarse principalmente para examinar sólidos y líquidos en pequeñas cantidades de muestra.
Se ajusta a las normas ASTM E1461, DIN EN 821y ASTM C714.
El método se remonta a Parker et al., que desarrollaron el análisis en 1961 para medir las tres propiedades termofísicas cp, a y λ.
El principio del flash láser se basa en una aplicación vertical de energía a la cara inferior de la muestra.
El desfase temporal entre la entrada de energía en la cara inferior de la muestra y la salida de energía en la cara superior de la muestra se utiliza para determinar la difusividad térmica del material de la muestra.
Dado que la difusividad térmica depende de la temperatura, la muestra se calienta a la temperatura deseada en un horno; la medición posterior se realiza mediante un proceso isotérmico.
Para ello, la cara inferior de la muestra se expone a un breve pulso de energía (lámpara de flash de xenón o láser).
La energía absorbida provoca un aumento de temperatura en una fina capa de la superficie de la muestra.
Este aumento de temperatura se propaga por toda la muestra, de modo que también se produce un aumento de temperatura en la cara superior de la muestra, que es registrado por un detector de infrarrojos en función del tiempo.
Si se conoce el grosor d (en cm) de la muestra, la difusividad térmica a (en cm2/s) puede calcularse a partir de la secuencia cronológica del aumento de temperatura basándose en la función analítica de aumento de temperatura mediante la siguiente fórmula:
Sin embargo, este cálculo no refleja una pérdida de calor por parte de la muestra ni una duración del pulso de energía que no sea infinitamente corta. De hecho, parte del calor suministrado se pierde por radiación, convección o por disipación de calor en la zona que rodea a la muestra. Estos efectos se corrigieron mediante diversos procesos matemáticos, como soluciones de aproximación iterativa, y se aplican en un software de evaluación especial, de modo que, en última instancia, el método del destello láser ofrece resultados de medición muy precisos en un amplio intervalo de temperaturas.
Determinación de la Cp mediante el análisis de flash láser
La propiedad cp puede determinarse mediante un método de comparación que utiliza el análisis de destello láser.
Para ello, el dispositivo LFA se calibra utilizando una referencia con un cp conocido.
A continuación, se mide la muestra exactamente en las mismas condiciones (dimensiones, recubrimiento de grafito y programa de temperatura).
Mediante la correlación
la capacidad calorífica específica de la muestra puede determinarse mediante
Si también se determina la densidad del material de la muestra, es posible calcular λ mediante la correlación.
Además, la capacidad calorífica específica puede determinarse mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC).
