Experimental measurements of the phonic diffusivity of semitransparent materials up to 800 K

Abstract

A new flash equipment has been developed which enables the true thermal diffusivity of semitransparent materials to be measured in the temperature range from 300 to 800 K. A theoretical study of the coupled conduction-radiation mechanism of transient heat transfer that occurs in a plate sample during a flash experiment has proved that, with the heat pulse method, it is possible to experimentally determine the diffusivity of phonic origin, that is the diffusivity defined with the true conductivity of Fourier's law. The originality of this method over others is due to the fact that any calculations of the radiative contribution to heat transfer are unnecessary: The phonic diffusivity (conductivity) is directly extracted from the measured parameter in an identification process for opaque materials. Experimental results on various semitransparent materials are presented and discussed in relation with data available in the literature. For vitreous silica it is shown that the temperature dependence of the phonic conductivity is not linear, but similar to the variation of the specific heat content.

Eine neuentwickelte, auf der Wärmeimpulstechnik beruhende Versuchsanlage ermöglicht Messungen der echten Temperaturleitfähigkeit halbtransparenter Materialien in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 K. Eine theoretische Studie über gekoppelte Wärmeleitung und -strahlung bei instationärem Betriebsverhalten simuliert den Wärmedurchgang in einer plattenförmigen Materialprobe, die einem Wärmeimpuls ausgesetzt wurde. Sie zeigt, daß man mit der Impulstechnik die Phononenleitung bestimmen kann, d. h., die eigentliche Temperaturleitfähigkeit i m Sinne der im Gesetz von Fourier definierten echten Leitfähigkeit. Die Originalität dieser Methode besteht darin, daß keinerlei Berechnungen bezüglich der Wärmestrahlung notwendig sind: Die Temperaturleitfähigkeit wird direkt aus den experimentellen Parametern bei einem für lichtundurchlässige Körper erstellten Identifikationsprozeß gewonnen. Die für verschiedene halbdurchlässige Materialien erhaltenen Versuchsergebnisse werden vorgestellt und mit Werten aus der Literatur verglichen. Für Kieselglas wird nachgewiesen, daß die Phononenleitung nicht linear von der Temperatur abhängt, sondern ähnlich wie die spezifische Wärme mit dieser variiert