RU2277235C1 - Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел - Google Patents
Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277235C1 RU2277235C1 RU2005103807/28A RU2005103807A RU2277235C1 RU 2277235 C1 RU2277235 C1 RU 2277235C1 RU 2005103807/28 A RU2005103807/28 A RU 2005103807/28A RU 2005103807 A RU2005103807 A RU 2005103807A RU 2277235 C1 RU2277235 C1 RU 2277235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coefficient
- thermal conductivity
- sound
- heat conductance
- speed
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 7
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000866 electrolytic etching Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к области испытания физических свойств материалов. Сущность изобретения - определение коэффициента теплопроводности предусматривает вычисление коэффициента теплопроводности по формуле
где с1 v - теплоемкость одного атома при постоянном объеме; Δx - расстояние между ближайшими соседними атомами; mA - атомная масса химического элемента; kp - коэффициент ретикулярной плотности элементарной ячейки кристаллической структуры; а0 - период кристаллической решетки; Vзв - скорость передачи колебаний (скорость звука) в монокристалле. Технический результат - снижение трудоемкости и расширение функциональных возможностей. 1 табл.
Description
Изобретение относится к способам определения коэффициента теплопроводности твердых тел.
Известен способ определения теплопроводности материалов, по которому, в частности, коэффициент теплопроводности рассчитывают за счет определения главных составляющих тензора теплопроводности анизотропных материалов (Авторское свидетельство СССР №1749802, М. Кл. G 01 N 25/18, 23.07.1992).
Известен способ определения теплофизических свойств твердых тел, по которому, в частности, образец нагревают, измеряют степень черноты, а теплопроводность λ определяют путем решения обратной задачи теплопроводности для ортотропного тела и уравнения теплового баланса (Патент РФ №1766172, М. Кл. G 01 N 25/18, 20.04.1995).
Известен способ комплексного определения теплофизических свойств материалов, по которому, в частности, измеряют толщину исследуемого образца, а теплофизические свойства определяют по формулам (Патент РФ №2018117, М. Кл. С 01 N 25/18, 15.08.1994).
Недостатком способов являются ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близким по достигаемому результату является способ определения теплопроводности материалов, по которому, в частности, оказывают тепловое воздействие на образец, а теплопроводность определяют по формуле (Патент РФ №1784889, М. Кл. G 01 N 25/18, 30.12.1992).
Недостатками являются трудоемкость способа и ограниченные функциональные возможности.
Технический результат изобретения - снижение трудоемкости способа, возможность прогнозирования коэффициента теплопроводности твердого тела путем расчета по формуле, а также расширение функциональных возможностей за счет определения коэффициента теплопроводности для твердых тел предельно малых объемов на уровне нанометрических размеров.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения коэффициента теплопроводности, по которому коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле, в отличие от прототипа предварительно определяют период кристаллической решетки для монокристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формуле
где с1 v - теплоемкость одного атома при постоянном объеме;
Δx - расстояние между ближайшими соседями атомами;
mA - атомная масса химического элемента;
kp - коэффициент ретикулярной плотности элементарной ячейки кристаллической структуры;
а0 - период кристаллической решетки;
VЗВ - скорость передачи колебаний (скорость звука) в монокристалле определяют коэффициент теплопроводности.
Кроме того, период кристаллической решетки можно определить по справочным данным (Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. Учебник для вузов / Новиков И.И., Розин К.М. М.: Металлургия, 1990, 336 с.).
Пример конкретной реализации способа
Для рентгеноструктурного анализа изготавливаются образцы. Монолитные образцы в форме шлифов изготавливают из исследуемого материала обычными механическими способами и перед съемкой подвергают электролитической полировке для снятия наклепа. Плоские шлифы подготавливают для съемки с помощью электролитического травления для снятия деформированного слоя. При съемке на просвет образцы должны электролитически утоньшаться до тонкой фольги.
Для определения периодов кристаллической решетки необходимо измерить межплоскостные расстояния, проиндицировать дифракционные отражения и, зная связь между межплоскостным расстоянием, индексами отражающих плоскостей и периодами решетки, рассчитать последние (С.С.Горелик, Л.Н.Расторгуев, Ю.А.Скаков. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: Металлургия, 1970, 366 с.).
Методами прецизионного определения периода кристаллической решетки могут служить следующие:
- асимметричная съемка с расчетом по последним линиям;
- метод съемки на больших расстояниях в широком расходящемся пучке;
- метод съемки с независимым эталоном;
- безэталонный метод при обратной съемке и др.
Выбор того или иного метода определения периода решетки связан с расположением линий на рентгенограмме и симметрией решетки исследуемого материала (Н.Н. Качанов, Л.И. Миркин. Рентгеноструктурный анализ. М.: Машгиз, 1960, 216 с.).
Коэффициент ретикулярной плотности элементарной ячейки кристаллической структуры kp определяется в соответствии с правилами кристаллографии [Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение: Учебник для ВУЗов - 3-е изд., - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с].
Например, коэффициент теплопроводности монокристалла меди - Cu с гранецентрированной кристаллической решеткой определяется как
где с1 V - теплоемкость атома при постоянном объеме. В соответствии с законом Дюлонга и Пти
где NA - число Авогадро; k - постоянная Больцмана.
Скорость звука VЗВ, в частности, определяется как скорость продольных волн в твердом теле, поперечные размеры которого много больше длины распространяющейся волны
где Eюнг - модуль упругости;
μ - коэффициент Пуассона;
ρ - плотность материала.
Результаты некоторых расчетов сведены в таблицу.
| Таблица | |||
| Символ элемента | Величина коэффициента теплопроводности, Вт/м*К | ||
| Расчетная | Экспериментальная | Погрешность % | |
| Cu | 364,8 | 389,6 | 6,3 |
| Al | 173,56 | 209,3 | 17 |
| Ag | 399,87 | 418,7 | 4,5 |
Из таблицы видно, что расчетная величина коэффициента теплопроводности для меди Cu составляет 364,8 Вт/м*К, а экспериментальное значение - 389,6 Вт/м*К. Экспериментальные значения использованы из справочника (Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1982, с.73).
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить трудоемкость за счет расчета по формуле, в свою очередь, определение коэффициента теплопроводности для твердых тел предельно малых объемов на уровне нанометрических размеров расширяет функциональные возможности способа.
Claims (1)
- Способ определения коэффициента теплопроводности, по которому коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле, отличающийся тем, что предварительно определяют период кристаллической решетки для монокристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формулегде с1 v - теплоемкость одного атома при постоянном объеме;Δx - расстояние между ближайшими соседними атомами;mA - атомная масса химического элемента;kp - коэффициент ретикулярной плотности элементарной ячейки кристаллической структуры;а0 - период кристаллической решетки;Vзв - скорость передачи колебаний (скорость звука) в монокристалле,определяют коэффициент теплопроводности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103807/28A RU2277235C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103807/28A RU2277235C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2277235C1 true RU2277235C1 (ru) | 2006-05-27 |
Family
ID=36711399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005103807/28A RU2277235C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2277235C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012091600A1 (ru) * | 2010-12-30 | 2012-07-05 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ определения теплопроводности насыщенной пористой среды |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1330527A1 (ru) * | 1986-02-05 | 1987-08-15 | Московский Геологоразведочный Институт Им.Серго Орджоникидзе | Способ определени теплопроводности анизотропных материалов |
| RU2018117C1 (ru) * | 1991-05-06 | 1994-08-15 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов |
| US5711604A (en) * | 1993-12-14 | 1998-01-27 | Seiko Instruments Inc. | Method for measuring the coefficient of heat conductivity of a sample |
-
2005
- 2005-02-14 RU RU2005103807/28A patent/RU2277235C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1330527A1 (ru) * | 1986-02-05 | 1987-08-15 | Московский Геологоразведочный Институт Им.Серго Орджоникидзе | Способ определени теплопроводности анизотропных материалов |
| RU2018117C1 (ru) * | 1991-05-06 | 1994-08-15 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов |
| US5711604A (en) * | 1993-12-14 | 1998-01-27 | Seiko Instruments Inc. | Method for measuring the coefficient of heat conductivity of a sample |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012091600A1 (ru) * | 2010-12-30 | 2012-07-05 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ определения теплопроводности насыщенной пористой среды |
| US9494537B2 (en) | 2010-12-30 | 2016-11-15 | Schlumberger Technology Corporation | Method for determining the thermal conductivity of an impregnated porous medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tisato et al. | Attenuation at low seismic frequencies in partially saturated rocks: Measurements and description of a new apparatus | |
| Jennings et al. | A multi-technique investigation of the nanoporosity of cement paste | |
| Ibrahim et al. | Acoustic resonance testing of additive manufactured lattice structures | |
| Long et al. | Reverse analysis of constitutive properties of sintered silver particles from nanoindentations | |
| Siebörger et al. | Temperature dependence of the elastic moduli of the nickel-base superalloy CMSX-4 and its isolated phases | |
| Hurley et al. | Atomic force acoustic microscopy methods to determine thin-film elastic properties | |
| Kohlhauser et al. | Ultrasonic contact pulse transmission for elastic wave velocity and stiffness determination: Influence of specimen geometry and porosity | |
| Pathak et al. | Studying grain boundary regions in polycrystalline materials using spherical nano-indentation and orientation imaging microscopy | |
| Ghosh et al. | Crystal plasticity FE modeling of Ti alloys for a range of strain-rates. Part II: Image-based model with experimental validation | |
| RU2486495C1 (ru) | Способ исследования образцов неконсолидированных пористых сред | |
| Bandyopadhyay et al. | A probabilistic fatigue framework to enable location-specific lifing for critical thermo-mechanical engineering applications | |
| Fan et al. | Temperature-dependent yield stress of single crystals of non-equiatomic Cr-Mn-Fe-Co-Ni high-entropy alloys in the temperature range 10-1173 K | |
| Puchegger et al. | Experimental validation of the shear correction factor | |
| RU2277235C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел | |
| Singh et al. | Elastic constants of equiatomic Fe–Ni Invar alloy single crystal | |
| JP6198060B2 (ja) | モルタル圧縮強さの推定方法および推定装置 | |
| Bonetti et al. | Correlation between anelastic response and microstructure of 5N-Al thin foils | |
| Khan et al. | Elastic and thermo-acoustic study of YM intermetallics | |
| JP6198059B2 (ja) | モルタル圧縮強さの推定方法および推定装置 | |
| Madej et al. | Evaluation of capabilities of the nanoindentation test in the determination of flow stress characteristics of the matrix material in porous sinters | |
| RU2289116C2 (ru) | Способ определения плотности монокристаллов твердых тел | |
| Adebisi et al. | Development of a LASER-based resonant ultrasound spectroscopy and a framework for error propagation in the estimated elastic moduli | |
| RU2271534C1 (ru) | Способ определения коэффициента линейного теплового расширения | |
| RU2226266C2 (ru) | Способ определения модуля упругости | |
| Pereira | Overview on determination of elastic and damping properties of different materials using impulse excitation technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070215 |