thermal wave interference
TRANSCRIPT
การแทรกสอดคลื่นความรอน
(Thermal wave interference)
นําเสนอโดย
นายธงชัย บวรรุงเรือง รหัสนักศึกษา 07500234
อาจารยที่ปรึกษา
รองศาสตราจารยกําชัย ตรีชัยรัศมี
ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร
ขอบเขตการนําเสนอ
1. บทนํา
2. การแทรกสอดคล่ืนความรอนใน 1 มิติ การทดลอง และผลการ
ทดลอง
3. การแทรกสอดคล่ืนความรอนใน 3 มิติ การทดลอง และผลการ
ทดลอง
4. สรุปผล
จุดประสงคของการศึกษา
เพ่ือศึกษาคล่ืนความรอนวาเกิดปรากฏการณการแทรกสอดหรือไม
1. บทนํา
1. บทนํา
*>74.1°C
*<15.0°C
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
1. บทนํา
(1))(
0),( µω
µxtix
eeTtxT−−
=
คลื่นความรอนเปนคลื่นที่มีการหนวงแบบวิกฤตทําใหสังเกตสมบัติตางๆไดยาก การ
แพรของพัลซความรอนมีลักษณะเหมือนกลุมคลื่น ซึ่งแสดงใหเห็นการกระจายตัวอยางแรงของ
คล่ืนความรอน โดยใชสมการนําความรอนในหน่ึงมิติ ทําใหสามารถเขียนอุณหภูมิที่กระจาย
ออกมาของคลื่นความรอนได ดังน้ี
fπω 2=ωαµ 2
=
จากสมการ พบวาแอมพลิจูดลดลงอยางรวดเร็วเมื่อระยะ
การแพรเพ่ิมมากขึ้น
)(
0),( µω
µxtix
eeTtxT−−
=
0T
µ=
100 ),( −= eTtT µ
11 −= e%37=
1. บทนํา
x
2. การแทรกสอดคลื่น
ความรอนใน 1 มิติ
2.1 การวิเคราะหและการคํานวณทางทฤษฎี
วิเคราะหจากการนําแผนทองแดงมาหน่ึงแผนแลวติดแหลงกําเนิดความรอนไวที่ปลาย
ทั้งสองของแผนทองแดง ถาพิจารณาจากสมการ 1 พบวาแอมพลิจูดของคลื่นความรอนในหน่ึง
มิติที่ออกมาจากแหลงกําเนิดที่ปลายทั้งสองของแผนทองแดงมีการลดลงอยางสมมาตรกันตาม
ระยะทางจากแหลงกําเนิด
2.1 การวิเคราะหและการคํานวณทางทฤษฎี
คลื่นที่ออกจากแหลงกําเนิดตําแหนง เขียนสมการคลื่นความรอนไดเปน1xx =
)(
01
11
),( µω
µxxtixx
eeTtxT−
+−
=
คลื่นที่ออกจากแหลงกําเนิดตําแหนง เขียนสมการคลื่นความรอนไดเปน2xx =)(
02
22
),( µω
µxxtixx
eeTtxT−
+−
=
ผลรวมของคลื่น 2 ขบวนที่จุดก่ึงกลางแผนทองแดง คือ)2
( 12 xxcx +==
),(2),(2),( 21 tcTtcTtcT ==
2.1 การวิเคราะหและการคํานวณทางทฤษฎี
รูป 1 แสดงผลการวิเคราะหทางทฤษฎี
การแทรกสอดแบบหักลางกัน
รูป 2 แสดงผลการวิเคราะหทางทฤษฏี
การแทรกสอดแบบเสริมกัน
จากสมการขางตนคํานวณโดยใชวิธีการ Finite Element Method จะไดกราฟดังรูป 1 และ 2
ตัวอยางการคํานวณแบบ FEM
ที่
5.20
5.20
−− += eTeT
),(),(),( 21 txTtxTtxT +=
0=µx
164.0=
ที่
5.25.00
5.05.20
−−+− += eTeT
),(),(),( 21 txTtxTtxT +=
5.0−=µx
185.0=
ที่
5.210
15.20
−−+− += eTeT
),(),(),( 21 txTtxTtxT +=
1−=µx
253.0=
)(
01
11
),( µω
µxxtixx
eeTtxT−
+−
=
)(
02
22
),( µω
µxxtixx
eeTtxT−
+−
=
2.2 การทดลอง
วิธีการทดลอง
1. นําแผน Peltier ติดกับไฟ AC มีแอมพลิจูดประมาณ 3K (เราจะเรียกแผนน้ีวา Oscillating
Peltier) และใช amplifier ขยายสัญญาณในโหมดการควบคุมกระแสอยางคงที่
2. นํา Oscillating Peltier มาประกบกับ Peltier อีกอันหน่ึง สวนอีกดานของ Peltier ประกบ
กับ Heat sink
3. นํา Oscillating Peltier มาตอกับ Lock-in thermography เพ่ือใชในการประมาณคา
4. ใชกลอง IR (Cedip Emerald, NETD < 20 mK) ตรวจหาสนามของอุณหภูมิ
2.2 การทดลอง
function generator
2.2 การทดลอง
2.3 ผลการทดลอง
รูป 4 แสดงกราฟแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นความรอนใน 1 มิติที่ความถี่
20 mHz ซึ่งเขียนเปนฟงกชันกับระยะทางการแพรในแผนทองแดง
2.3 ผลการทดลอง
จากรูปที่ 4 หาสภาพการแพรความรอนของวัสดุ โดยการหาความชันของกราฟเฟส
คือ แลวหาคา ได
คาจากการคํานวณได
คาของแผนทองแดงบริสุทธิ์
απµ f=1 α
scm206.000.1 ±=α
scm230.110.1 −=α
2.3 ผลการทดลอง
รูป 5 แสดงการแทรกสอดแบบหักลางของ
คลื่นความรอนที่ความถี่ 20 mHz
2.3 ผลการทดลอง
แสดงการเปรียบเทียบระหวางรูป 5 และ 1
2.3 ผลการทดลอง
รูป 6 แสดงกราฟแอมพลิจูดและเฟสในการแทรกสอด
แบบเสริมกันของคลื่นความรอนที่ความถี่ 20 mHz
2.3 ผลการทดลอง
แสดงการเปรียบเทียบรูป 6 กับ 2
3. การแทรกสอดคลื่น
ความรอนใน 3 มิติ
3.1 การวิเคราะหและการคํานวณทางทฤษฎี
reQwrT
rσ
πλ
−
=4
),( 0 (2)
วิเคราะหจากการสงคลื่นความรอนออกมาจากจุดแหลงกําเนิดใน 3 มิติ สําหรับจุด
กําเนิดที่มีความถี่ สงคลื่นออกมาในตัวกลางที่มีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทาง (isotropic)
จะมีการกระจายตออุณหภูมิเปนดังสมการ
ω
เมื่อ คือ เลขคลื่นความรอน
คือ ฟลักซของคลื่นความรอน
คือ สภาพการนําความรอน(heat conductivity)
σ0Q
λ
3.2 การทดลอง
IR camera
40 mm2.0 mm2.6 mm4.2 mm
),0(1 tT ),0(2 tT
3.3 ผลการทดลอง
รูป 8 แสดงรายละเอียดสนามอุณหภูมิของแอมพลิจูด
3.3 ผลการทดลอง
รูป 9 แสดงรายละเอียดของเฟส
4. สรุป ผล
การแทรกสอดของคลื่นความรอนมีจริง แตเราสังเกตไดยากเน่ืองจากมีการหนวงที่รุนแรง
จากการศึกษาสามารถนําไปประยุกตใชกับการทดสอบแบบไมทําลายเพ่ือตรวจสอบ
ขอบกพรองของวัสดุได
