La capacité calorifique spécifique est une propriété thermophysique fondamentale des matériaux et elle est utile pour l’évaluation des matériaux et de leurs domaines d’application.
Elle peut être déterminée à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC).
Une autre façon de déterminer la capacité thermique spécifique est d’utiliser la méthode du fil chauffant transitoire (ASTM C1113-99).
La méthode dépendante du temps fournit des résultats exacts et précis pour la détermination des paramètres thermophysiques conductivité thermique λ, la diffusivité thermique a et la capacité thermique spécifique cp des gaz et des liquides.
L’augmentation de température est mesurée dans un échantillon qui est chauffé par un mince fil chauffant à une distance connue.
Le fil sert de source de chaleur Joule et en même temps de thermomètre à résistance.
Lorsque la température augmente, la résistance du fil change et peut donc être utilisée pour mesurer la température.
Dès 1931, Stålhane et Pyk avaient mesuré la conductivité thermique de poudres à l’aide d’un appareil très similaire à la méthode actuelle ; ils avaient trouvé la relation empirique suivante :
En tenant compte de l’équation de la conduction thermique, la température T à une distance r du fil à un moment précis t peut être calculée comme suit pour le fil chauffant en tant que source de chaleur linéaire :
Équation 2
Cela permet de calculer la conductivité thermique λ à partir du changement de température à deux moments différents t1 et t2 (équation 3) :
Équation 3
La conductivité thermique λ, la diffusivité thermique, la capacité thermique spécifique cp et la densité ρ sont liées comme suit,
la capacité thermique spécifique cp peut être déterminée à l’aide de l’équation 3 :
Méthode du pont chaud transitoire (THB)
La méthode du fil chauffant transitoire a été perfectionnée. pont chauffant transitoire de l’Institut fédéral physico-technique de Brunswick (Allemagne), qui a été présenté sur le marché européen en 2005 (voir THB).
Le capteur multibreveté est l’élément clé.
Alors qu’une seule bande chauffante est utilisée avec la méthode du fil chauffant, le THB utilise quatre bandes chauffantes sinueuses.
La division transversale asymétrique de chaque bande et les différentes distances entre les bandes, en conjonction avec un circuit de pont de Wheatstone, permettent une compensation efficace des erreurs de mesure systématiques significatives.
La méthode du pont chaud transitoire en fonction du temps permet de mesurer simultanément les propriétés thermophysiques λ, a et cp de nombreux matériaux et géométries.
La méthode fournit des résultats pour les solides et les liquides, ainsi que pour les poudres et les pâtes, avec une grande précision de mesure et en peu de temps.
Le domaine d’application est vaste, de sorte que la méthode de mesure est utilisée, entre autres, pour évaluer les matériaux de stockage de la chaleur et les matériaux isolants, ainsi que pour analyser composants électroniques et les matériaux utilisés en nanotechnologie.
