Conductivité thermique-TPE

[invite35e79515]

Bonjour,
Dans le cadre de mon TPE sur les fours solaires j'aimerais mesurer la conductivité thermique de certains matériaux comme le cuivre, l'aluminium, le bois, le plastique et le verre. J'ai déjà une idée de l'expérience mais j'aimerais si possible que l'on m'éclaire sur la formule permettant de mesurer la conductivité thermique. Il me semble que pour la calculer il faut utiliser la loi de Fourier, mais je ne comprends pas bien à quoi correspondent toutes les valeurs utilisées.
Merci d'avance !
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[invite35e79515]

Bonjour,
Dans le cadre de mon TPE sur les fours solaires je souhaiterais mesurer la conductivité de certains matériaux comme l'aluminium et le cuivre. J'aimerais savoir comment puis-je calculer cette conductivité thermique, il me semble devoir utiliser la loi de Fournier mais je ne saisis pas toutes les grandeurs énoncées dans cette loi. Merci de m'éclairer à propos de tout ça !

[ThM55]

Ce n'est pas facile de mesurer une conductivité thermique: il faut de bons moyens d'isolation, de bons instruments de mesure de la température et d'autres choses.

Il s'agit de la loi de Fourier (mathématicien et physicien qui a étudié la propagation de la chaleur), pas Fournier (auteur de BD, rien à voir ). Elle dit que la densité de flux de chaleur est proportionnel au gradient de température. Pour une dimension, on peut estimer ce gradient comme la dérivée par rapport à l'abscisse du profil de température. Le coefficient de proportionnalité est la conductivité thermique.

Pour l'isolation des bâtiments, des fours, etc; il y a des normes. Par exemple la norme ISO 8302 prescrit comment faire la mesure. En gros, si je me souviens bien, on établit un gradient de température à travers un échantillon dans des conditions standard et on mesure la puissance électrique nécessaire à dissiper dans une résistance pour maintenir le gradient constant. Pas facile. C'est un travail de quel niveau scolaire? Avez-vous des instruments de laboratoire qui sont mis à votre disposition?

[albanxiii]

Bonjour,

Dans le cadre de mon TPE sur les fours solaires je souhaiterais mesurer la conductivité de certains matériaux comme l'aluminium et le cuivre. J'aimerais savoir comment puis-je calculer cette conductivité thermique,

Histoire d'être un peu plus précis et rigoureux, vous désirez mesurer ou calculer ces conductivités thermiques ?
Cela n'est pas la même chose.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite35e79515]

Merci pour cette réponse ThM55, je pense que je n'ai en effet pas les moyens techniques pour effectuer une telle expérience. Je pense que je me contenterai de mesurer le temps t que l'eau met pour atteindre une certaine température en la chauffant dans différents matériaux.
Et je souhairais calculer cette conductivité thermine expérimentalement et théoriquement.

[ThM55]

Non, je ne veux pas vous décourager. C'est difficile mais pas infaisable. La norme ISO que je mentionnais concerne une mesure indirecte, il n'est pas utile de la réaliser exactement selon les prescriptions, mais on peut s'en inspirer.

Mon idée est la suivante: on chauffe un échantillon de matériau à une température connue. Prenons par exemple une barre de cuivre. A une extrémité, on la met en contact avec une résistance chauffante dans une enceinte soigneusement isolée thermiquement, munie d'un thermomètre. L'autre extrémité de la barre est placée dans une solution à 0 degrés C (avec de la glace fondante qu'on apporte en permanence pour maintenir la température fixe). On vérifie la température fixe et constante aux deux extrémités et on attend que cela se stabilise. La résistance chauffante est alimentée en continu par exemple à 12 V et on mesure le courant. Cela donnera la puissance que la résistance dissipe. Il faut aussi mesurer avec précision la température du cuivre près de la résistance. On a donc le flux de chaleur et le gradient de température. On connait la section de la barre. On a tout ce qu'il faut pour appliquer la loi de Fourier et calculer la conductivité. Ensuite il convient de comparer avec les valeurs connues dans les tables. Je ne serais pas étonné qu'on arrive sans trop de difficultés à une précision de l'ordre de 10%. La difficulté est d'éviter les pertes de chaleur tout le long de la barre. Il faut l'isoler parfaitement, chose difficile à réaliser. Il y a aussi les pertes dans le générateur.

[invite76875b05]

Bonjour,
La loi de Fourier est la suivante :

fourier.png

C'est une équation général qui décrit tout les système indépendamment de leurs géométrie.

Pour accéder facilement à tes valeurs de conductivité il faut que tu travaille en géométrie plane ce qui simplifie énormément tes calculs car la loi de Fourier devient :

ʎ=(φ∙e)/(T1-T2)

ʎ = La conductivité thermique que tu cherche en (Watt/m-1/Kelvin)
e = l'épaisseur de ton matériau (L dans le schéma suivant)
(T1-T2) = la différence de température de chaque coté de ton matériau
φ = La densité de flux en (Watt/m²)

En général l'expérience est la suivante :

52788324_2184614345122647_2893424063206653952_n.jpg

On place la matériau à tester entre un source de chaleur et une source permettant l'évacuation de la chaleur (en général un échangeur thermique à eau). On calorifuge les système pour créer un flux de chaleur qui passe uniquement dans le sens (source chaleur > évacuation)


Si tu as plus de question n'hésite pas.

[albanxiii]

Le doublon était passé inaperçu, j'ai fusionné les deux discussions.

[invite35e79515]

Merci beaucoup pour cette réponse, je pense en effet que ce sera plus simple de travailler en géométrie plane et je n'y avais pas pensé !