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conductivité thermique



  1. #1
    tilia03

    conductivité thermique


    ------

    Bonjour à tous,

    Otez-moi d'un doute svp ....

    si on prend l'aluminium de conductivité thermique de 237 W.m-1.K-1
    et le laiton de conductivité thermique de 121 W.m-1.K-1

    normalement, sous l'effet d'un rayonnement, c'est l'alu qui devrait devenir le plus chaud des 2, non?

    Franchement, j'espère me tromper, car sinon, c'est ma manip qui ne veut rien dire.

    merci d'avance

    -----
    Tilia

  2. #2
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Citation Envoyé par tilia03 Voir le message
    Franchement, j'espère me tromper, car sinon, c'est ma manip qui ne veut rien dire.
    C'est possible. Mais avant de vous dire oui ou non, il faudrait que vous nous décriviez la manip clairement et complètement.
    Au revoir.

  3. #3
    Big Benne

    Re : conductivité thermique

    Citation Envoyé par tilia03 Voir le message
    Bonjour à tous,

    Otez-moi d'un doute svp ....

    si on prend l'aluminium de conductivité thermique de 237 W.m-1.K-1
    et le laiton de conductivité thermique de 121 W.m-1.K-1

    normalement, sous l'effet d'un rayonnement, c'est l'alu qui devrait devenir le plus chaud des 2, non?
    On comprendre ce que c'est que la conductivité thermique avec ses mains :
    - touche un morceau de métal à 20 °C : tu le trouves froid, car celui-ci conduit très bien la chaleur, il pompe très vite la chaleur de ta main donc tu sens très vite le froid (ta main va très vite se rapprocher des 20 °C)

    - touche un morceau de bois à 20°C : il va te sembler plutôt normal, car il transmet très mal la chaleur, donc la chaleur reste dans ta main


    Pour ce qui est de l'absorption d'un rayonnement c'est différent je pense, tout dépend de la couleur du métal (qui rend compte de quelles longueurs d'onde le métal rejette, et donc desquelles il absorbe).
    Faudrait déjà savoir avec quel rayonnement tu éclaires

    Sinon la conductivité thermique va effectivement aider à l'absorption : la chaleur va être plus vite transmise vers l'intérieur de l'objet, et donc permettre aux atomes à l'extérieur d'être moins chauds et donc plus aptes à absorber le rayonnement. Globalement le corps devrait donc chauffer plus vite s'il a une bonne conductivité thermique

  4. #4
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    J'ai mesuré la température d'objets soumis à un rayonnement infrarouge court.
    C'est un four infrarouge, où les pièces défilent à l'intérieur. Grâce à un pyromètre, j'ai pu relever des températures:

    - paroi du four en ALU --> par exemple 50°C
    - corps de stylo en LAITON --> 60°C
    - corps de stylo en LAITON recouverts d'une peinture NOIRE --> 70°C

    en fait pour des conditions similaires j'ai obtenu des différences de températures de 10°C entre ALU et LAITON (sachant que c'est pas les mêmes pièces dans ce cas) et 10°C entre LAITON et LAITON+NOIR

    voilà

    merci de votre aide
    j'espère que tout ceci vous éclairera un peu plus
    Tilia

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    Bonjour,

    Supposons que tu exposes une tige de 1m de laiton et une tige de 1m d'aluminium, compte tenu de la capacité thermique des 2 matériaux, il faudrait un rayonnement uniforme de 121 W/m² pour élever ta tige de laiton de 1 K alors qu'avec ce même rayonnement ta tige d'aluminium s'élèverait d'environ 0.5K.

    Donc c'est le laiton qui devrait être le corps le plus chaud pour un rayonnement donné.

    Cordialement,

  7. #6
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    A mon avis, avec l'expérience que tu fais, c'est plus la capacité thermique du matériaux qui t'intéressent et non la conductivité thermique (chauffe à une extrémité de ton stylo). La capacité thermique de l'aluminium est plus grande que celle du laiton et donc il faudra un rayonnement infrarouge de plus faible énergie au laiton pour augmenter sa température de 1K.
    Dernière modification par fab_79 ; 22/04/2008 à 10h49.

  8. #7
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    alors, ça serait sympa de m'éclairer simplement, sur la différence en conductivité et capacité...
    merci encore pour toutes ces infos
    Tilia

  9. #8
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    Ne tiens pas compte du message n°5 car je me suis emmélé les pinceaux entre conductivité thermique et capacité thermique des 2 matériaux, en effet, l'aluminium conduit mieux la chaleur que le laiton (propagation de la chaleur) car l'alu a une conductivité thermique plus importante que la laiton.

  10. #9
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    ah la la mince alors, je croyais avoir compris avec ton mess n°5...
    je vais reprender ça au calme cet aprèm
    Tilia

  11. #10
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    La capacité thermique (Cp ou Cv) est l'énergie qu'il faut lui apporter pour augmenter sa température de 1K, c'est en quelque sorte sa capacité à absorber la chaleur.

    Par exemple, pour l'eau la capacité thermque est de 4180 J/kg/K, l'alu (897 J/kg/K) et le laiton (377 J/kg/K) dans ton cas tu auras avec l'énergie apporté par ton rayonnement infrarouge.

    Pour ce qui est de la conductivité thermique, c'est l'équivalent thermique de la conductivité électrique. C'est la capacité d'un materiau a conduire (transmettre ou propager) la chaleur, tu chauffes une extrémité d'une barre de laiton et d'une barre d'alu, la chaleur se propagera plus rapidement dans l'alu que dans la laiton du fait de sa bonne conductivité thermique.
    Dernière modification par fab_79 ; 22/04/2008 à 11h07.

  12. #11
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Bonjour.
    Il me semble qu'il faut aussi tenir compte du refroidissement des pièces par la convection. Car, si j'ai bien compris, l'air du four est moins chaud que les pièces. Pour des pièces similaires, on peut imaginer la convection similaire. L'équilibre thermique est atteint quand l'absorption par radiation est égale aux pertes par convection et par radiation.
    Dans votre cas j'imagine que les capacités thermiques des objets sont faibles et leur conductivité haute. C'est à dire, qu'ils atteignent très vite l'équilibre. C'est une supposition qui n'est pas tout à fait exacte, mais je crois que vous pouvez vérifier en mesurant comment la température des objets évolue quand on commence à les chauffer.
    Je pense que l'objet plus sombre absorbe plus d'énergie que l'objet clair et que sa température d'équilibre est plus grande que celle de l'objet clair.
    Au revoir.

  13. #12
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    comment puis-je évaluer que je suis arrivée à un équilibre thermique
    je pense que je ne peux pas comparer les capacités et conductivité thermique du four à vide (parois alu) et des pièces en laiton sablé, car ils ne sont pas similaires, ça n'a aucun intérêt.

    En revanche, prendre 10°C dans des conditions similaires entre une pièce laiton et une pièce laiton recouverte de peinture noire, semble être un point important, mais le pb, c'est que cette fois, ça dépend de la couleur, mais aussi de la peinture (composition).

    D'autre part, j'ai joint mes courbes obtenues, on peut voir que dans le 1° four, la température de la pièce augmente très rapidement, et ensuite beaucoup moins.

    Comment l'interpréter?
    Images attachées Images attachées
    Tilia

  14. #13
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    Entre ton stylo laiton et ton stylo laiton noir (même capacité thermique et échange conducto-convectif identiques), la différence de température observée à la sortie du four peut provenir qu'une partie des photons qui arrivent sur le stylo en laiton sont réfléchis alors que dans le cas du stylo laiton noir ils sont tous absorbées (corps noir) => température du stylo laiton noir est supérieure à celle du stylo laiton.

    Cordialement,

  15. #14
    fab_79

    Re : conductivité thermique

    Tu peux essayer avec un stylo laiton recouvert d'une couche de peinture blanche, alors tu devrais observer une température en sortie du four inférieure à celle obtenue avec le stylo en laiton, à vérifier...

  16. #15
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Bonjour.
    Ce qui fixerait un peu les idées ce serait d'avoir l'évolution de la température pendant que la pièce est au four. Mais je ne pense pas que l'on puisse mesurer la température avec un thermomètre IR pendant qu'on éclaire la pièce avec des IR. Il faudrait la mesurer avec un procédé plus classique: avec un thermocouple, une thermistance ou avec un bête thermomètre à mercure, si on arrive à le lire a travers un hublot. On doit trouver des thermomètres de cuisine ou de patiserie qui peuvent faire l'affaire même sans besoin de les étalonner. Ils donneront la constante de temps quand même.
    Au revoir

  17. #16
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    Si vous regardez le deuxième graph que j'ai mis en lien un peu plus haut, c'est la température en fonction du temps.
    En fait la température n'a pu être prise qu'en sortie de chque four, mais ça donne une idée quand même.

    J'ai pas très bien compris:
    Selon vous, stylo laiton, stylo laiton + noir et stylo laiton + blanc sont à la même température?
    Le fait que je n'observe pas la même température vient du fait que l'absorption est différente, mais en fait la température 'vraie' est similaire aux 3 stylos?
    Tilia

  18. #17
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Bonjour.
    Non. Je n'ai pas dit qu'ils étaient à la même température. Ce que j'ai dit, c'est le contraire.
    Pour moi, chaque objet a une température d'équilibre qui dépend de "sa couleur", c'est à dire de l'absorption de la radiation IR. Les objets absorbants (noirs) ont une température d'équilibre plus élevée.
    Ce que j'ai ajouté par rapport aux contributions précédentes est que je pensais que le refroidissement par convection entrait en jeu et que, au contraire, la conductivité thermique et la capacité thermique avaient peut d'importance. C'est à dire, les objets peut volumineux et légers, se mettent rapidement en équilibre thermique: avant la sortie du four.
    Mais je ne suis sur de mon hypothèse et c'est pour cela que je pense qu'il serait bien avoir la variation de température (interne) de l'objet pendant son séjour dans le four.
    J'ai, évidemment regardé vos courbes. Mais entre la température d'entrée et de sortie, tout peut arriver. Au lieu de la variation linéaire que vous avez dessiné, c'est un morceau d'exponentielle. Ce que l'on ne connaît pas c'est la constante de temps de celle-ci.
    Avez-vous un hublot qui permette de voir les objets clairement dans le four? Des jumelles ou un téléobjectif pourraient permettre de lire un thermomètre ordinaire pendant le passage.
    Si non, peut-on changer la vitesse du convoyeur pour modifier la durée du séjour dans le four?
    Au revoir.

  19. #18
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    impossible de voir à l'intérieur du four, sauf vers la sortie
    nous avons changé la vitesse du convoyeur et évidemment, ceci influe sur la température
    plus la vitesse est grande, plus la température est faible

    pour mesurer la température à l'intérieur de l'objet (çàd dans le corps du stylo), que faut'il utiliser?

    j'ai peur qu'une simple sonde ne mesure que le milieu ambiant (en plus il faut qu'elle soit sans fil), il faut un genre de 'puce' qu'on fixerait à l'intérieur...
    Tilia

  20. #19
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Bonjour.
    Très bien. Il serait intéressant de faire, pour le même objet, des mesures de température de sortie de four pour quatre ou cinq temps de séjour dans le four et tracer la courbe. Il faut, évidemment, partir de la même température de l'objet et du four à l'entrée du four, pour que les résultats soient comparables.
    Si les mesures en sortie de four faites avec le thermomètre IR sont fiables (reproductibles), tant mieux.
    Si non, il faudrait coller un thermomètre à l'objet. Comme je suis radin, je commencerais par utiliser un thermomètre de pâtisserie comme celui que j'ai trouvé ici:
    http://www.meilleurduchef.com/cgi/md...ml#description
    Mais on doit trouver d'autres dans les hypermarchés ou au BHV (je ne touche pas de com). Il faut que tout le thermomètre puisse supporter la température du four.
    Par la suite il faudra voir comment faire le couplage thermique entre le bulbe du thermomètre et un objet. Peut-être qu'il faudra bricoler un peu la gaine de protection du thermomètre.
    Le fait que ce soit un thermomètre non scientifique ne nuit pas du tout à la manip. Pour mesurer le temps d'établissement de la température (la constante de temps) on n'a pas besoin de thermomètre étalonné. Dans le pire de cas il suffit de l'étalonner avec un thermomètre à sonde plongés dans un liquide chaud (attention aux brûlures!).

    En traçant les courbes de température en fonction du temps de séjour on doit trouver quelque chose comme:

    Suivant que la constante de temps soit la même pour les objets de couleur différente ou non, on pourra conclure si la température est donnée par l'inertie thermique de l'objet ou par l'équilibre entre absorption et convection.
    Au revoir.

  21. #20
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    grrrrrr...

    j'en peux plus, j'ai refait des essais avec pyromètre, et, ne trouve plus du tout pareil ---> jusqu'à 50°C d'écart, c'est du grand n'importe quoi!!!!
    entre les 2 exp, il se peut fortement que le pyro ait été décaler d'un chouillas...
    je pense que le pyromètre dont je dispose, n'est absolument pas fiable...

    je vais donc tout refaire avec un autre appareil de mesure

    à noter tout de même; les températures ne sont pas pareil, mais les allures de courbes si (toujours de type puissance), c'est peut-être important

    d'autre part, il semblerait que le blanc soit moins chaud que le noir, comme nous le pensions, mais il est plus chaud que le laiton (alors qu'il est plus foncé), la peinture doit donc jouer un rôle sur la température

    je veux bien utiliser un thermomètre de cuisine, mais je ne pourrai pas suivre l'évolution de la température car je ne vois pas à l'intérieur du four....

    ah la la ... misère...
    Tilia

  22. #21
    calculair

    Re : conductivité thermique

    Citation Envoyé par tilia03 Voir le message
    grrrrrr...

    j'en peux plus, j'ai refait des essais avec pyromètre, et, ne trouve plus du tout pareil ---> jusqu'à 50°C d'écart, c'est du grand n'importe quoi!!!!
    entre les 2 exp, il se peut fortement que le pyro ait été décaler d'un chouillas...
    je pense que le pyromètre dont je dispose, n'est absolument pas fiable...

    je vais donc tout refaire avec un autre appareil de mesure

    à noter tout de même; les températures ne sont pas pareil, mais les allures de courbes si (toujours de type puissance), c'est peut-être important

    d'autre part, il semblerait que le blanc soit moins chaud que le noir, comme nous le pensions, mais il est plus chaud que le laiton (alors qu'il est plus foncé), la peinture doit donc jouer un rôle sur la température

    je veux bien utiliser un thermomètre de cuisine, mais je ne pourrai pas suivre l'évolution de la température car je ne vois pas à l'intérieur du four....

    ah la la ... misère...

    La temperature que prend un corps soumis à un rayonnement depend de son pouvoir d'absortion à ce rayonnement.

    Si il aborbe toutes les frequences comprises dans le rayonnement, ils se comportera comme un corps noir. Cela n'a rie avoir avec le couleur vue par l'oeil dans les frequence visibles. Le laiton est un metal un peu bizzare et c'est un mauvais conducteur de la chaleur. Il faudrait voir son coefficient de reflection dans les longueurs d'ondes emises par des lampes infrarouges.


    Le thermometre de cuisine à alcool coloré en rouge risque de donner une temperature differente du thermomètre à mercure; Cela va dependre du coefficient d'absortion de l'alcool rouge par rapport au mercure.

    Le point positif de tes experiences c'est que les courbes conservent les mêmes allures.

    Que cherches tu à mesurer avec precision ?La temperature de la piece metallique dans le four ou les paroies du four, ou l'air emprisonné dans le four ?

  23. #22
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    je cherche à mesurer la température de la pièce

    en fait, je vais déposer sur des pièces de la peinture, elles vont passer dans le four infrarouge d'une part pour accèlérer l'évaporation des solvants, ensuite, pour que cette même peinture durcisse.

    je dois connaître ces températures car par exemple ma couleur doit être cuite au delà de 170°C (et - de 200°C), ensuite le vernis que j'applique dessus la couleur doit lui être cuit obligatoirement au-delà de 110°C mais inférieur à 130°C, sinon il craquèle.

    c'est pour cela que je dois connaître la température de la pièce...
    Tilia

  24. #23
    calculair

    Re : conductivité thermique

    Citation Envoyé par tilia03 Voir le message
    je cherche à mesurer la température de la pièce

    en fait, je vais déposer sur des pièces de la peinture, elles vont passer dans le four infrarouge d'une part pour accèlérer l'évaporation des solvants, ensuite, pour que cette même peinture durcisse.

    je dois connaître ces températures car par exemple ma couleur doit être cuite au delà de 170°C (et - de 200°C), ensuite le vernis que j'applique dessus la couleur doit lui être cuit obligatoirement au-delà de 110°C mais inférieur à 130°C, sinon il craquèle.

    c'est pour cela que je dois connaître la température de la pièce...
    Je ne suis pas expert dans ce type d'operation de cuisson.

    La mesure doit être faite avec une assez bonne precision ( typiquement 5% si on veut garder une petite marge de sécurité ).

    Je pense qu'il faut eviter d'exposer directement les pièces aux rayonnements des lampes car leur temperature depend fortement des conditions d'absortion des longueurs d'ondes emises par la lampe infrarouge.

    Il faut brasser l'air du four pour homogeneiser la temperature des paroies avec l'air dans le four et de façon que la pièce soit en equilibre thermique avec l'air ambiant du four.

    Tu mesures la temperature de l'air du four. Celui-ci doit être à la temperature de la pièce ( je ne sais pas le temps que cela peux prendre, ça depend de la capacité calorifique de ta pièce )

    Pour être certain qu'il n'y a pas d'erreur, lors des premiers essais tu mesures la temperature avec plusieurs thermomètres de type differents et eventuellement peint avec la peinture prevue.


    Je pense que compte tenu de la precision demandée cela reste délicat et va necessité un certain savoir faire. L'exposition direct aux rayonnements des lampes me parait totalement inadaptée.

    Quant à la mesure de la temperature avec un pyromètre c'est à verifier en le pointant sur les thermomètres placés dans le four.

    Que penses tu de tout cela ?

  25. #24
    LPFR

    Re : conductivité thermique

    Re.
    Pour Calculair.
    Le thermomètre dont je parle est un thermomètre de pâtissier. Il n'est pas à alcool qui n'est pas utilisable au delà de 60°. Les thermomètres de pâtissier sont faits pour tenir jusqu'à 200°C. Dans le temps ils étaient en mercure. Maintenant ils utilisent un autre liquide.
    De toute façon, la manip que je j'ai suggéré, est d'utiliser le thermomètre pour mesurer la température de la pièce et il faut se débrouiller pour avoir un bon contact thermique avec la pièce.
    Il ne s'agit pas d'un four de cuisine ni d'un four de céramiste. Il s'agit d'un four à peinture. On chauffe directement les pièces et non l'atmosphère du four. L'atmosphère est plus froide que les pièces. D'où mon hypothèse à propos de la convection.

    Pour Tilia03.
    Je que je proposais c'était de faire plusieurs fois la manip, avec des temps de passage differents. C'est au peu près l'équivalent de mesurer les températures intermédiaires.
    Comme l'a dit Calculair, ce qui compte est la "couleur" de la pièce en infrarouge. Ce n'est pas forcement la même qu'en visible. Beaucoup d'objets qui sont noirs ou colories en visibles sont complètement blancs en IR. Par exemple: les billets de banque.
    Au revoir.

  26. #25
    tilia03

    Re : conductivité thermique

    Bonjour à tous, et merci pour votre implication et vos précieux conseils.

    J'ai imprimé toutes vos réponses et je suis actuellement en train de méditer dessus. Comme il y a les ponts, je ne peux pas faire de tests cette semaine et c'est pas plus mal, car je n'ai toujours pas trouvé le système pour prendre la température. Je suis donc obligée de laisser cette question en suspend, et ça fera peut-être du bien de s'éloigner du pb pour mieux y revenir ensuite.

    Je vous redonne des nouvelles début de semaine prochaine et j'espère que vous serez toujours là pour m'épauler

    Merci encore
    A tous
    vraiment...

    Tilia
    Tilia

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