Lat. Am. J. Phys. Educ. Vol. 6, No. 3, Sept. 2012 353 http://www.lajpe.org Heat transfer through of a homogeneous and isotropic slab excited by a periodic light beam: Simulation by COMSOL Multiphysics V. Suarez, J. Hernández Wong, A. Calderón*, J. B. Rojas-Trigos, A. G. Juárez, E. Marín and A. Castañeda Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Instituto Politécnico Nacional, Av. Legaria #694, Col. Irrigación, C.P. 11500, México D. F. E-mail: jcalderona@ipn.mx (Received 12 July 2012, accepted 17 September 2012) Abstract In the study of the heat transfer and their applications, we are interesting in the solution of the heat diffusion equation with a particular boundary conditions kind congruent to the physical circumstances of the problem under consideration. However, the complexity of the mathematical problem proposed to describe the experimental conditions is, many times, very complex and only possible to obtain a mathematical model based in an analytical solution with several approximations that generally not reflect the physical reality of the problem. Fortunately, nowadays the development of the advanced numerical methods and computing systems allow us the application of high level software for obtain an approximate solution to a complex mathematical problem with a boundary conditions that are congruent with the physical reality. For this reason, we solved the heat conduction equation for a homogeneous and isotropic solid slab exited by a periodic light beam on its front surface, with the boundary conditions congruent with the physical situation, by means of application the COMSOL Multiphysics software. In addition, we compare our simulated results with the experimental ones of the temperature difference on the rear surface of the crystalline silicon wafer as a function of the exposure time obtained by means of infrared Photothermal Radiometry. Our results show a significant agree between the experimental and simulated results, which demonstrate the utility of this methodology in the study of the thermal response in solids. Keywords: Heat transfer, thermal properties, thermal waves, simulation, COMSOL Multiphysics. Resumen En el estudio de la transferencia de calor y sus aplicaciones, estamos interesados en la solución de la ecuación de difusión de calor con una clase particular de condiciones de frontera congruentes a las circunstancias físicas del problema en cuestión. Sin embargo, la complejidad del problema matemático propuesto para describir las condiciones experimentales es, muchas veces, muy complejo y solo es posible obtener un modelo matemático basado en una solución analítica con varias aproximaciones que generalmente no reflejan la realidad física del problema. Afortunadamente, hoy día el desarrollo de métodos numéricos avanzados y sistemas de cómputo nos permiten la aplicación de software de alto nivel para obtener una solución aproximada a un problema matemático complejo con condiciones a la frontera congruentes a la realidad física. Por esta razón, en este trabajo resolvemos la ecuación de conducción de calor para un sólido homogéneo e isotrópico en forma de placa excitado en su superficie frontal, con condiciones de frontera congruentes con la situación física, mediante la aplicación del software COMSOL Multiphysics. Además, comparamos nuestros resultados de la simulación con los resultados experimentales obtenidos de la diferencia de temperatura en la superficie trasera de una muestra de silicio cristalino como una función del tiempo de exposición, obtenido mediante radiometría Fototérmica infrarroja. Nuestros resultados muestran una notable concordancia entre los resultados simulados y los experimentales, lo que demuestra la utilidad de esta metodología en el estudio de la respuesta térmica en sólidos. Palabras clave: Transferencia de calor, propiedades térmicas, ondas térmicas, simulación, COMSOL Multiphysics. PACS: 02.30.JR, *43.35.UD, 44.04.+E, 44.25.+F, 44.27.+G, 65.40.-B, 66.30.XJ, 66.70.-F ISSN 1870-9095 I. INTRODUCTION The heat diffusion equation (HDE) is a partial differential equation of fist order in time and second order in the spatial coordinates, therefore, is necessary to specify one condition in time, the initial condition, and two boundary conditions for each coordinate necessary in the description of the system, the boundary conditions of the problem. There are three kinds of boundary conditions generally used in problems of heat transfer. Dirichlet condition, also called