Title: Set-up of a steady-state heat-flow method for measuring thermal conductivity from 1.5K to room temperature
Other Titles: Aufbau einer steady-state Wärmeflussmethode zur Messung Thermischer Leitfähigkeit von 1,5K bis Raumtemperatur
Language: English
Authors: Jeitler, Joachim Horst 
Qualification level: Diploma
Advisor: Bauer, Ernst 
Issue Date: 2014
Number of Pages: 62
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die physikalische Eigenschaft von Materialien, Wärme transportieren zu können, bezeichnet man als Thermische Leitfähigkeit. Gemäß den Gesetzen der Thermodynamik fließt Wärme von selbst immer von Bereichen mit höherer Temperatur zu Bereichen mit niedrigerer Temperatur. Ohne äußeren Einfluss wird ein isoliertes System schließlich ein thermisches Gleichgewicht erreichen alle Teile haben die selbe Temperatur. Die Geschwindigkeit dieses Normalisierungsprozesses hängt direkt von der thermischen Leitfähigkeit ab. Will man die thermische Leitfähigkeit messen, muss natürlich eine Temperaturdifferenz - und damit verbunden ein Wärmefluss - vorliegen. Für die Messung ist es von Vorteil, wenn ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt - wenn zwei Bereiche einer Probe auf definierten, aber unterschiedlichen, Temperaturen gehalten werden, ergibt sich ein konstanter Wärmestrom zwischen diesen Bereichen. Man bezeichnet ein solches Verhalten als stationären Zustand. Die Größe dieses Wärmestroms ergibt sich aus dem "thermischen Widerstand" des Probenmaterials. Der thermische Widerstand (oder auch dessen Kehrwert, die thermische Leitfähigkeit) hängt nicht nur vom Probenmaterial ab, sondern auch von einer Vielzahl an physikalischen Parametern, wie Temperatur, magnetischem Feld, Phase, Materialstruktur und -zusammensetzung oder auch Probenorientierung. Kenntnis der thermischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit dieser externen Einflüsse erlaubt einen Einblick in die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien und materialspezifischen Eigenschaften und hilft daher bei der Entwicklung und Auswahl von Materialien für diverse thermische Anwendungen. Das Ziel dieser Diplomarbeit war es, eine Anlage zur Messung von thermischer Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Probentemperatur zu entwickeln. Im Speziellen lag der Fokus auf tiefen Temperaturen - von unter dem Siedepunkt von flüssigem Helium (das auch als Kühlmittel dient) bis hin zu Raumtemperatur.

Thermal conductivity is a physical property of materials which denotes the capability of transporting heat. According to the laws of thermodynamics, heat flows from parts at higher temperatures to parts at lower temperatures. Left to itself, an isolated system will eventually achieve thermal equilibrium - everything is at the same temperature. The speed of this equalization process is directly related to the thermal conductivity. To actually measure thermal conductivity, temperature differences and a corresponding heat flux have to be present. For measuring purposes, a dynamic thermal equilibrium is desirable, i.e. by keeping two parts of a sample at given (but different) temperatures, a constant heat flux between these parts will be attained. The system is then said to be in a steady state. The magnitude of this heat flux is determined by the "thermal resistance" of the respective material. Thermal resistance (or its reciprocal, thermal conductivity) is not only dependent on the actual material in question, but also on various physical parameters like temperature, magnetic field, phase, material structure or sample orientation. Knowledge of thermal conductivity in dependency on different external influences gives an insight into underlying physical principles and material-specific properties and therefore helps develop and choose materials for diverse thermal applications. Therefore this thesis is aimed at the development of a device for measuring the temperature dependent thermal conductivity of solids. It is focused on low temperatures - i.e. from below the boiling point of liquid helium (which is used as a coolant) up to room temperature.
Keywords: Thermische Leitfähigkeit; Boltzmann Theorie; Experimenteller Messaufbau
thermal condcutivity; Boltzmann theory; experimental set-up
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-73795
http://hdl.handle.net/20.500.12708/3906
Library ID: AC12095805
Organisation: E138 - Institut für Festkörperphysik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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