تحليل الوميض الليزري

تُستخدم تقنية تحليل الوميض الليزري لقياس الانتشارية الحرارية لمجموعة متنوعة من المواد. حيث تُسخّن نبضة طاقة أحد وجهي عينة مستوية متوازية، ثم يُرصد ارتفاع درجة الحرارة الناتج على الوجه الآخر تبعًا لتغير الزمن بسبب الطاقة المُدخلة. وكلما زادت الانتشارية الحرارية للعينة، زادت سرعة وصول الطاقة إلى الوجه الآخر. ويظهر على الجانب الأيمن جهاز تحليل الوميض الليزري ( LFA ) لقياس الانتشارية الحرارية ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة.

في حالة أحادية البعد، أديباتية ، تكون الانتشارية الحرارية${\displaystyle a}$ يتم حسابها من ارتفاع درجة الحرارة هذا على النحو التالي:

${\displaystyle a=0.1388\cdot {\frac {d^{2}}{t_{1/2}}}}$

أين

• ${\displaystyle a}$ هي معامل الانتشار الحراري بوحدة سم² ^/ ث
• ${\displaystyle d}$يمثل سمك العينة بالسنتيمتر
• ${\displaystyle t_{1/2}}$هو الوقت اللازم للوصول إلى نصف الحد الأقصى بالثواني

بما أن المعامل 0.1388 عديم الأبعاد، فإن الصيغة تعمل أيضاً لـ${\displaystyle a}$و${\displaystyle d}$بوحدات النظام الدولي للوحدات المقابلة لها.

طُوِّرت طريقة الوميض الليزري بواسطة باركر وآخرون عام ١٩٦١. ^{[ ١ ]} في جهاز رأسي، يُسخِّن مصدر ضوئي (مثل الليزر أو مصباح الوميض) العينة من الأسفل، ويكشف كاشف في الأعلى عن ارتفاع درجة الحرارة مع مرور الوقت. لقياس الانتشارية الحرارية، التي تعتمد بشدة على درجة الحرارة، يمكن وضع العينة في فرن عند درجة حرارة ثابتة عند درجات حرارة مختلفة.

الظروف المثالية هي

• مادة متجانسة،
• مدخل طاقة متجانس على الجانب الأمامي
• نبضة قصيرة تعتمد على الزمن - على شكل دالة ديراك دلتا

أُدخلت تحسينات عديدة على النماذج. ففي عام 1963، أخذ كوان الإشعاع والحمل الحراري على السطح في الحسبان. ^{[ 2 ]} وفي العام نفسه، درس كلٌ من كيب وليمان انتقال الحرارة العابر، وتأثيرات النبضات المحدودة، وفقدان الحرارة. ^{[ 3 ]} وقد حسّن بلوم وأوبفرمان نموذج كيب-ليمان بإضافة حلول عالية الرتبة لانتقال الحرارة العابر الشعاعي وفقدان الحرارة السطحي، وروتين انحدار غير خطي في حالة فقدان الحرارة العالي، وتصحيح متطور لطول النبضة حاصل على براءة اختراع. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• الموصلية الحرارية
• قياس الموصلية الحرارية
• الانتشار الحراري
• الفيزياء الحرارية