Difusividad térmica

La Difusividad térmica en los problemas de transferencia de calor, es valor obtenido de la conductividad térmica de un cierto material dividida entre el producto del valor de su densidad y la capacidad calorífica específica del mismo. En unidades del sistema internacional se expresa como m²/s, siendo habitual emplear el cm²/s. Es un índice que expresa la velocidad de cambio, y flujo de temperaturas, en un material hasta que alcanza el equilibrio térmico. Es por esta razón que un material A, con difusividad térmica mayor que otro B, alcance el equilibrio en menor tiempo. La difusividad térmica es igualmente un parámetro para averiguar la capacidad que tiene un material para difuminar la temperatura en su interior.

Definición

La difusividad suele representarse como la letra $\alpha$ (en algunas ocasiones también con la letra mayúscula D) y es un índice característico de un material. La expresión matemática que relaciona la conductividad térmica (expresada como $\kappa$ ), el calor específico (expresado como $\mathbb {C} _{p}$ y denominado igualmente como capacidad de calor), y su densidad ( $\rho$ ) es:

\alpha ={\kappa  \over {\rho c_{p}}}

O dicho de otra forma, la difusividad térmica es directamente proporcional a la conductidvidad térmica de un material, e inversamente proporcional a su densidad y calor específico. El denominador (producto de la densidad por la capacidad calorífica) puede ser considerado como la capacidad calorífica volumétrica. Por regla general los metales tienen un coeficiente de difusión térmica mucho mayor que los materiales aislantes. De igual forma los gases poseen una difusión térmica casi nula por su baja conductividad y escasa densidad.

En cierta forma es una medida de la inercia térmica de un material.^[1] En un material con alta difusividad térmica el calor se propaga con rapidez y los cambios de temperatura se producen con dinámica elevada. Es por esta razón por la que aparece en uno de los términos de la ecuación del calor.

Medida

Se suele averiguar el cociente de la difusividad térmica mediante la técnica de Flash Laser (LFA).^[2] Uno de los métodos más clásicos consistía en calentar un hilo y comprobar la tasa de cambio de temperatura, y mediante la ecuación del calor comprobar el valor de $\alpha$ . Este método aparece en la literatura como el método del hilo caliente.^[3]^[4] Variantes del método empleando planchas calientes, en lugar de hilos, se popularizó en los años 80. El método más empleado actualmente en la industria es la técnica de Flash Láser (LFA),^[2] y consiste en la medida de cambio de temperatura en un material (generalmente una muestra cilíndrica) al ser expuesto a un pulso laser de gran intensidad.

Referencias

↑ Lide, David R. (2009). Handbook of Chemistry and Physics (90 ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.
↑ ^a ^b W.J. Parker, R.J. Jenkins, C.P. Butler, G.L. Abbott (1961). «Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity». Journal of Applied Physics 32 (9): 1679. Bibcode:1961JAP....32.1679P. doi:10.1063/1.1728417.
↑ ( 1995), Informacion Tecnologica, vol 6, núm. 2, págs. 45-47
↑ D.I.N. 51047 (1976)

Véase también

Colapso térmico

[LDavid-1] Lide, David R. (2009). Handbook of Chemistry and Physics (90 ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.

[Parker-2] W.J. Parker, R.J. Jenkins, C.P. Butler, G.L. Abbott (1961). «Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity». Journal of Applied Physics 32 (9): 1679. Bibcode:1961JAP....32.1679P. doi:10.1063/1.1728417.

[3] ( 1995), Informacion Tecnologica, vol 6, núm. 2, págs. 45-47

[4] D.I.N. 51047 (1976)

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