| Resumo: |
Este
trabalho apresenta um estudo teórico e experimental do efeito de
acoplamento térmico entre amostra sólida e fluido adjacente nas
técnicas de Lente Térmica (LT) e de Espelho Térmico (ET). A equação de
difusão de calor é resolvida para obter uma solução semianalítica para
a temperatura na amostra e no fluido considerando a excitação laser
contínua e a pulsada. A equação termoelástica é utilizada para a
obtenção da deformação induzida na superfície da amostra. As soluções
para a temperatura e a deformação superficial, considerando amostras
com baixa absorção óptica (Ae≥100m-1) e com alta absorção óptica
(Ae≤105m-1), apresentam ótima concordância com os resultados obtidos
por meio de Método de Elementos Finitos (MEF). As soluções são
utilizadas para modelar os efeitos de LT e ET, considerando tanto a
contribuição da amostra quanto a do fluido. Como resultado, verifica-se
que a transferência de calor de uma amostra para o ar não expressa
diferença relevante na mudança de fase do feixe de prova quando
comparada com a solução sem fluxo de calor, a não ser no caso de
amostras extremamente finas. Porém, quando a água é utilizada como
fluido circundante à amostra, um efeito significante de mudança de fase
surge no feixe de prova devido ao fluido. Resultados experimentais em
aço inoxidável imerso em ar e em água são utilizados para demonstrar o
potencial da técnica de ET para determinar as propriedades térmicas
tanto da amostra quanto do fluido. Uma análise teórica do efeito da
forma do pulso laser na técnica de ET é apresentada. Experimentos de ET
em vidros ópticos mostram que a técnica é útil na determinação
quantitativa da difusividade térmica de materiais com baixa absorção
óptica.
Palavras chaves: Lente térmica. Espelho térmico. Transferência de calor. Método dos elementos finitos.
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