Conductivité Thermique Flashcards
De quoi dépend la conductivité thermique ?
Grande analogie entre propriétés thermiques et électriques
Dépend de la structure, de la composition, du taux de porosité, de la texture du matériau (dense, poreux, mousse, poudre, fibre, cristallin, amorphe)
Comment est transportée la chaleur ?
Phonons (vibration du réseau)
Électrons libres (transporteurs)
Quelles sont les deux catégories de matériaux solides ?
Couches externes insaturées
Couches externes saturées
Quelles sont les réactions d’un matériaux faces aux variations de température ?
Capacité thermique
Dilatation thermique
Conductivité thermique
Comment la température d’un matériau augmente t elle ?
Par l’absorption d’énergie
Qu’est ce que la capacité calorifique ?
= capacité thermique
Aptitude d’un matériau à absorber la chaleur
C = dQ/dT avec dQ l’apport de chaleur
Capacité thermique : cas des matériaux métalliques
Évolution extrêmement rapide car beaucoup d’électrons mobiles et structure cristalline (transport lié aux phonons)
Capacité thermique : cas des matériaux céramiques
Comportement lent car composés d’atomes sans électrons mobiles avec des couches externes saturées = essentiellement l’utilisation des phonons
Capacité thermique : vibrations des atomes dans les solides
Vibrations a très haute fréquence > 1012 a 1014 Hz
Productions d’ondes élastiques (phonons, ondes acoustiques, sonores) qui se propagent dans le réseau
Augmentation de l’amplitude des vibrations avec la température
Le point d’ébullition est proportionnel à l’énergie de liaison
La dilatation thermique
Changement de dimensions
l0 - l / l0 = alpha0 ( T - TO)
DeltaV / V0 = alphaV deltaV
La conduction / conductivité thermique dans les matériaux. Qu’est ce que c’est ?
Amplitude que possède un matériau pour transférer la chaleur dans une direction donnée
Application des lois de Fourrier
1ere loi de Fourrier si le gradient de température est constant
Q° = - lambda A dT/dx (A la surface et dx l’épaisseur)
2eme loi de Fourrier si le gradient de température est non constant, c’est le cas des matériaux isotopes
dT/dt = Dt d^2T/dx^2
Dt = k/rho Cp avec Cp la chaleur spécifique
La conduction thermique : cas des métaux
Quel est l’effet de la composition ?
Pour les alliages, lorsque l’on augmente le pourcentage d’éléments d’addition, la conductivité va diminuer comme on ajoute des perturbations
La conduction thermique : cas des métaux
Quel est l’effet de la composition ?
Pour les alliages, lorsque l’on augmente le pourcentage d’éléments d’addition, la conductivité va diminuer comme on ajoute des perturbations
La conduction thermique : cas des métaux
Quel est l’effet de la température ?
Augmentation de la conductivité puis diminution
La conduction thermique : cas des non métaux
Quel est l’effet de la température ?
La conductibilité thermique k diminue puis augmente légèrement (phénomène de radiation)
Diffusion de la chaleur par les phonons
Phonons moins efficaces a causes des imperfections du réseau
La conduction thermique : cas des non métaux
Quelles sont les fortes influences ?
La structure
La porosité
Le degré de cristallinité
La conductivité des métaux
Très élevée
Proportionnelle à la densité en électrons mobiles
Conductivité des céramiques et des polymères
Dépend de la structure
Vibrations du réseau dues aux phonons
Quels sont les meilleurs conducteurs ?
Les meilleurs isolants ?
Meilleurs conducteurs = les plus purs
Meilleurs isolants = matériaux divisés
Quels sont les unités des grandeurs thermiques
Chaleur spécifique
Capacité calorifique
Chaleur spécifique en J/Kg.K
Capacité calorifique en J/mol.K
Pour les matériaux polymères, la conductivité thermique est d’autant plus élevée que le taux de cristallinité est?
Élevé
Pour les matériaux métalliques, la conductivité thermique est assurée par ?
La densité électronique et les phonons
