Les physiciens ont établi les lois de la thermodynamique; ingénieurs mécaniciens savent comment concevoir et analyser des structures; ingénieurs thermiques peuvent prédire des températures maximales de fonctionnement avec une précision impressionnante. Pourtant, pour tout ce qui est entendu, pour tout le succès, il y a quelques problèmes du monde réel qui sont très difficiles à résoudre. Le calcul de la résistance à l'interface entre les deux blocs sont serrés l'un de ces problèmes. Cependant, un cadre théorique est disponible, celle qui aboutit à une équation pour calculer la résistance de contact.
Instructions
1 Calculer la conductivité thermique moyenne harmonique. Vous aurez besoin de connaître la conductivité thermique de chacun des deux matériaux, mais vous pouvez trouver ces informations à partir de matériaux de référence. les étiqueter k1 et k2. La conductivité thermique moyenne harmonique est donnée par
km = k1 x k2 / (k1 + k2).
2 Au moyen d'un profileur de surface, déterminer le profil d'aspérité pour chaque surface. "Aspérité" est juste un nom de fantaisie pour un petit sténopé. Chaque surface a des petits trous dedans, et vous avez besoin de faire quelques mesures sur la façon profonde et la raideur des aspérités sont. La profondeur est placé dans une mesure appelée la rugosité de la surface, tandis que la pente est appelée la pente aspérité. Le profileur vous utilisez sera en mesure de faire ces calculs automatiquement.
3 Calculer la pente d'aspérité moyenne et la rugosité de surface efficace. La pente de aspérité moyenne est donnée par la racine carrée de la somme des carrés des aspérités individuelles, et la rugosité de surface effective est donnée par la racine carrée de la somme des carrés des rugosités de surface individuels. Mathématiquement, ces équations sont:
aspérité moyenne = sqrt (asperity1 ^ 2 + asperity2 ^ 2);
rugosité effective = sqrt (roughness1 ^ 2 + roughness2 ^ 2).
4 Trouver la microdureté de chacune des deux surfaces. Vous pouvez trouver cette information dans des documents de référence, ou de faire une mesure de microdureté, en suivant les instructions de l'outil de microdureté.
5 Insérer des ressorts entre les pinces et d'un côté des blocs. Mesurer la différence entre la longueur de départ et la longueur des ressorts comprimés. Calculer la pression de contact entre les deux blocs. La force est égal au nombre de ressorts fois la modification de la longueur des ressorts, fois la constante de ressort:
force = nombre x changement de longueur x constante de ressort; et la force divisée par la surface de contact est la pression de contact.
6 Calculer la résistance de contact. La conductance de contact est donnée par
conductance = 1,25 x km x (moyenne aspérité / effective rugosité) x (pression de contact / microdureté). C'est la conductance par zone, donc multiplier par la zone de contact pour obtenir la conductivité. La résistance de contact est de 1 / contact conductance.
Conseils et avertissements
- Dans la pratique, les gens presque jamais mesurer l'aspérité moyenne, la rugosité et la microdureté, ils ont juste mis les blocs ensemble et mesurer la résistance. Vous pouvez ensuite doubler la quantité de force et de mesurer la variation de résistance. Vous pouvez ensuite brancher ces chiffres dans l'équation et prédire ce que la résistance sera de toute pression de contact.
- Aussi compliqué que cette procédure est, il est pas toute l'histoire: il ne prend pas en compte la contribution thermique de l'air qui comble le vide. C'est habituellement seulement une petite contribution à la conductivité, donc peut être négligée.
- Ceci est le calcul de la résistance thermique. Le calcul de la résistance électrique suit un processus similaire.
- Souvent, cette étape sert simplement de mettre en place un argument d'homme de paille, de sorte qu'il peut être démontré que la résistance sera moindre quand un matériau conducteur est placé entre les deux blocs. En fait, il est très rare pour des situations réelles critiques à compter uniquement sur la pression de contact pour fournir une connexion à faible résistance, et même des applications non critiques, telles que la connexion de la batterie de voiture, fonctionnera mieux avec une pâte conductrice pour faire une bonne connexion .