瞬態熱絲法,一種測量物質導熱率的方法,被廣泛套用於固體、液體以及氣體的測量。
方法,優點,
方法
一根理想(無限長的、導熱率無限大及熱容量為零)的線源垂直插入待測樣品中,液體和線源在初始時刻處於熱平衡,平衡溫度為T0,當突然給線源施加階躍電壓,此時線源相當於在樣品介質中形成了一個單位長度熱流密度恆定的線熱源,熱量從線熱源傳遞給周圍待測介質,如果定義距離線源r處的液體溫升為△T(r,t),則由Carslaw等給出的公式可知,有該公式成立
其中為指數積分,表示,為歐拉常數(=-0.5772157...)。
當線源的半徑為時,假定處線源同周圍介質具有相同的溫度,且足夠小
則
式中
如果線源的半徑足夠小,以至於上式右邊括弧內第二項比的0.01%還小,則上式完全可簡化為
對上式兩邊同時對時間微分得:
上式便是瞬態熱絲法測量導熱率的基本方程。
在實際操作中,熱源通常選用鉑絲,其電阻對溫度較為敏感,電阻值與溫度線性依賴性很好,同時其穩定性能也較好,鉑絲不僅作為熱源,同時也可以根據其電阻阻值的變化,確定熱源表面溫度的變化。實際上,線源不可能無窮長,為了避免端部效應從而降低測量精度,通常採用兩根長度不同的同種線源在同一待測樣品中測量,即瞬態雙絲法。
實驗裝置示意圖:
優點
套用的廣泛性及測量結果的可靠性是瞬態熱絲法最主要的兩個優點,如果使用得當,常規熱力學環境中(除去稀薄氣體、超高溫等)其測量精度能夠控制在2%一下。