Diffusivité thermique : Notions de base et exemples
Qu'est-ce que la diffusivité thermique ?
La diffusivité thermique est une propriété cruciale dans la science et l'ingénierie des matériaux. Elle détermine l'efficacité avec laquelle un matériau peut conduire la chaleur par rapport à sa capacité à stocker l'énergie thermique. Elle joue un rôle important dans diverses applications, notamment l'isolation, le refroidissement de l'électronique et le traitement des matériaux.
Facteurs affectant la diffusivité thermique
Plusieurs facteurs influencent la diffusivité thermique d'un matériau :
- La conductivité thermique : Une conductivité thermique plus élevée entraîne généralement une diffusivité thermique plus élevée.
- Densité :les matériaux ayant une densité plus élevée peuvent présenter des caractéristiques de transfert de chaleur différentes.
- Capacité thermique spécifique : La quantité de chaleur nécessaire pour modifier la température d'un matériau influe sur sa diffusivité thermique.
Diffusion thermique et conductivité thermique
Bien que la diffusivité thermique et la conductivité thermique soient toutes deux liées au transfert de chaleur, elles décrivent des aspects différents :
- Conductivité thermique : Mesure la capacité d'un matériau à conduire la chaleur.
- Diffusivité thermique : Indique la vitesse à laquelle la chaleur se propage dans un matériau, en tenant compte de la conductivité thermique, de la densité et de la capacité thermique spécifique.
Il est essentiel de comprendre la distinction entre ces propriétés pour sélectionner les matériaux destinés à des applications thermiques spécifiques.
Applications de la diffusivité thermique
La diffusivité thermique est essentielle dans divers secteurs d'activité:
- Électronique :assure une dissipation efficace de la chaleur dans les appareils.
- Construction :aide à la sélection de matériaux présentant des propriétés d'isolation appropriées.
- Fabrication :guide les processus tels que le soudage et le traitement thermique en prévoyant le flux de chaleur.
Données sur la diffusivité thermique
Voici un tableau indiquant la diffusivité de divers matériaux, qui correspond à la vitesse à laquelle une substance (comme la chaleur, la masse ou les particules) se propage dans un milieu. Dans le cas présent, nous nous concentrerons sur la diffusivité thermique(pour le transfert de chaleur), la diffusivité de masse (pour la propagation de particules ou de gaz) et la diffusivité moléculaire.
|
Matériau |
Diffusivité thermique (×10-⁶m²/s) |
Diffusivité massique (×10-⁶m²/s) |
Diffusivité moléculaire (×10-⁶m²/s) |
|
97 |
80-90 |
0.92 |
|
|
Cuivre |
111 |
50-60 |
0.91 |
|
Acier |
15 |
10-20 |
0.67 |
|
Verre |
0.7 |
0.02-0.2 |
0.5-0.7 |
|
Eau |
0.144 |
0.5-2.0 |
0.2-0.3 |
|
Béton |
0.8 |
0.01-0.1 |
0.02 |
|
Bois |
0.1 |
0.1-0.3 |
0.1 |
|
Air |
0.22 |
0.2-0.6 |
0.2-0.6 |
|
Diamant |
450 |
N/A |
0.02 |
|
Hélium |
0.23 |
0.25-0.4 |
0.91 |
|
Azote |
0.22 |
0.1-0.3 |
0.6 |
Pour plus d'informations, veuillez consulter lesite Stanford Advanced Materials (SAM).
Questions fréquemment posées
Quelle est l'unité de la diffusivité thermique ?
La diffusivité thermique est mesurée en mètres carrés par seconde (m²/s) ou en millimètres carrés par seconde (mm²/s).
Comment la diffusivité thermique est-elle calculée ?
Elle est calculée en divisant la conductivité thermique par le produit de la densité et de la capacité thermique spécifique.
Pourquoi la diffusivité thermique est-elle importante dans la sélection des matériaux ?
Elle permet de déterminer la rapidité avec laquelle un matériau peut réagir aux changements de température, ce qui est essentiel pour la gestion thermique dans diverses applications.
Est-il possible d'augmenter la diffusivité thermique d'un matériau ?
Oui, il est possible d'augmenter la diffusivité thermique en améliorant la conductivité thermique ou en réduisant la densité et la capacité thermique spécifique.
Comment la diffusivité thermique affecte-t-elle l'isolation des bâtiments ?
Les matériaux à faible diffusivité thermique sont de meilleurs isolants car ils ralentissent le taux de transfert de chaleur et maintiennent la stabilité de la température.
