CONDUCTIVITÉ THERMIQUE
La conductivité thermique est la propriété essentielle de tous les types de matériaux qui se rapporte à leur capacité à conduire la chaleur. Cela signifie que, dans ce cas, le transfert de chaleur se produit lorsque des matériaux qui ne sont pas en mouvement sont mis ensemble. Ce transfert de chaleur ou d’énergie est dû aux températures différentes qu’ont les deux corps placés l’un à côté de l’autre. L’énergie circule toujours des températures les plus élevées vers les plus basses selon la deuxième loi de la thermodynamique, ce qui signifie qu’un matériau à température plus élevée est plus susceptible de transférer son énergie à un matériau adjacent à température plus basse. (Tritt, 2006, p.6).
L’unité standard (SI) de mesure de la conductivité thermique est le watt par mètre kelvin (W/m.k) et est mesurée en incluant des variables telles que la masse, la longueur, le temps et la température pour déterminer la conductivité thermique d’un matériau (Tritt, 2006, p.5). D’autre part, la convection fait des matériaux tels que l’air et d’autres gaz de mauvais conducteurs de chaleur ; il faut donc la préserver pour éviter des changements inutiles. En outre, la conductivité thermique a été relevée pour suivre la conductivité électrique puisque l’énergie thermique est également transférée lors du transfert de courants électriques à travers les matériaux. L’anisotropie thermique affecte la conductivité thermique dans le sens où la direction du gradient thermique peut être la même que la direction du flux thermique avec la présence d’une anisotropie due aux différences d’orientation et de température des matériaux en question. Enfin, la phase chimique peut affecter la conductivité thermique d’un matériau dans le sens où un passage de solide à liquide ou de liquide à gaz peut modifier la conductivité thermique d’un matériau.
Un matériau qui présente une conductivité thermique élevée est considéré comme un bon conducteur de chaleur, tandis qu’un matériau qui présente une conductivité thermique faible est considéré comme un mauvais conducteur de chaleur. Par exemple, le cuivre est un bon conducteur de chaleur en raison de ses propriétés physiques, tandis que le bois est un mauvais conducteur de chaleur. Les facteurs qui peuvent influencer la conductivité thermique d’un matériau sont la température, les phases chimiques, l’anisotropie thermique, la conductivité électrique, les champs magnétiques et la convection. La température a un effet différent sur la conductivité thermique, en particulier pour les métaux et les non-métaux. Les métaux ont des électrons libres qui se déplacent en eux, ce qui signifie que leur conductivité est élevée par rapport aux non-métaux qui reposent sur les vibrations du réseau (Tritt, 2006, p.13).
De nombreux procédés reposent sur la connaissance de la conductivité thermique, notamment dans les industries de fabrication et de transformation. Il s’agit de s’assurer que les matériaux appropriés sont utilisés pour fabriquer des produits destinés à l’homme. Par exemple, les matériaux qui ont une conductivité thermique élevée sont principalement utilisés dans les applications de dissipation de la chaleur, comme les réchauffeurs, tandis que les matériaux qui ont une mauvaise conductivité thermique sont généralement utilisés comme isolants thermiques pour éviter les pertes de chaleur. En outre, les procédés qui génèrent beaucoup de chaleur peuvent nécessiter l’utilisation de matériaux à haute conductivité thermique afin de s’assurer que la chaleur est canalisée vers l’extérieur pour éviter la surchauffe des machines, tandis que les matériaux à faible conductivité thermique peuvent être utilisés lors de la construction ou dans les petits fours pour ralentir la dissipation de la chaleur afin d’augmenter le taux d’isolation.
Références
Tritt, T. M. (2006). Thermal Conductivity : Theory, Properties and Applications. New York : Springer Science and Business Media.