熱拡散率

これらの量はそれぞれ温度で変わりうることに注意する必要があります。 熱拡散率は、熱方程式の過渡的解法に便利な物性値集である。 物性値が一定の均質な材料では、3つの物性値を持つ熱式（1）は、たった1つの係数を持つ（2）と表されます。

高熱拡散率の材料（銀など）は熱エネルギーの拡散が良く、熱拡散率の低い材料（プラスチックなど）は熱エネルギーの拡散速度がかなり遅くなるのです。 ある物質の周囲の熱環境が変化した場合、変化後の環境が一定であると仮定すると、熱平衡に達するまで熱が流入または流出する必要がある。 熱拡散率の高い材料は、熱拡散率の低い材料よりも早く熱平衡に達する。

図1. 多種多様な均質材料（閉じた円は金属、四角はセラミックス、三角はガラス、開いた四角はポリマー、開いた円は液体、十字は気体）の熱伝導率と熱拡散率を比較したものです。 凝縮物質と記されているデータポイントは直線に近いと言えることに注目されたい。 これは凝縮物(液体、固体)の単位体積当たりの熱容量の範囲が小さいためである(凝縮物の単位体積当たりの熱容量の範囲は1×10-6 J/m3 -Kから4×10-6 J/m3-Kまで)。 熱拡散率に関しては、気体と凝結物では異なる。 たとえば、空気は熱伝導率は低いですが、熱拡散率は比較的高いです。これは、空気が比較的少量の熱エネルギーしか吸収できない一方で、エネルギーを拡散させるのに有効であることを意味します。 定常状態での正確な熱伝導率測定を得るには、熱流束と温度の両方を知り、さらに、これらの条件が時間的に変化しないことが必要である。 正確な測定を行うには時間がかかり、また固有の難しさがあるため、特性測定のための過渡的な技術が開発されるようになったのです。 熱容量と密度は比較的簡単に測定でき、構成材料から予測することも可能です。 また、小さなサンプルサイズでも測定が可能です。 熱拡散率の測定は、熱伝導率を抽出するための手段となる。 熱拡散率の測定では、時間を測定する必要がありますが、正確な時間の測定は難しくありません。 フラッシュ法を用いた熱特性の測定は、1960年に米国海軍放射線防護研究所のParkerらによって初めて報告されました。 3517>

熱拡散率の単位は長さ2/時間で、SI単位ではm2/secが一般的です（長さのスケールとしてcmまたはmmを使用することは、より数値1に近い値を報告できるため頻繁に行われています）。 表1に室温(300K)での熱拡散率を示します。 熱伝導率と同様、報告された値には大きなばらつきがあるのが普通です。

Table 1. 3517>

1. Salazar, A…, “On Thermal Diffusivity,” European Journal of Physics, 24, 2003.
2. Parker, W. et al., “A Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity,” Journal of Applied Physics, 32, 1961.
3. ASTM E1461-01 Standard Test Method for Thermal Diffusivity of Solids by the Flash Method, ASTM International, www.astm.org.
4. King, J., Material Handbook for Hybrid Microelectronics, Artec House, Norwood, Mass., 1988.