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En général, la conductivité thermique de l’expression est la quantité de chaleur qui traverse un cube de 1x1x1m d’un matériau en 1 seconde lorsqu’il y a un gradient de température d’exactement 1 K entre deux côtés opposés.
La conductivité thermique est donc une propriété caractéristique des matériaux, avec son propre symbole (λ – « lambda ») et sa propre unité SI W / mK. Sa valeur réciproque est la résistance thermique spécifique.
Définition scientifique
La définition scientifique de la conductivité thermique la définit comme la propriété matérielle qui décrit le transport de la chaleur à l’intérieur d’un échantillon. Pour une température donnée de l’échantillon, elle est obtenue à partir du produit de la densité, de la diffusivité thermique et de la capacité thermique spécifique à cette température (équation 1) et peut être décrite comme le quotient négatif de la densité du flux de chaleur et du gradient de température (équation 2). L’exemple de l’équation 3 sert d’illustration.
λ = ρ * cp * α (1)
λ = conductivité thermique, ρ = densité, cp = capacité thermique spéc. capacité thermique, α = diffusivité thermique.
λ = -q / ∆T (2)
λ = conductivité thermique, q = densité moyenne du flux de chaleur, ∆T = gradient de température.
Si cette définition est utilisée pour considérer, par exemple, un échantillon cylindrique, les calculs suivants peuvent être effectués : Si l’on considère un cylindre homogène idéal de longueur l et de section constante A, qui est isolé sur ses côtés et ne peut subir qu’un seul changement de température à ses deux extrémités, le gradient de température sur sa longueur est de (∆T) / l. La densité du flux de chaleur dans le sens du côté chaud vers le côté froid est λ * (∆T) / l.
Compte tenu de la section transversale A, il existe un flux de chaleur Q qui peut être calculé à l’aide de l’équation 3 :
Q = (A * λ * ∆T) / l (3)
λ = conductivité thermique, Q = flux de chaleur, ∆T = gradient de température, A = section transversale, l = longueur
Mesure de la conductivité thermique (méthodes) :
Les méthodes d’évaluation de la capacité de charge de l’eau sont très variées et peuvent, pour une meilleure présentation, être divisées en deux groupes fondamentaux : les méthodes transitoires et les méthodes stationnaires.
Dans notre vidéo, nous expliquons à nos deux scientifiques l’écart entre ces deux méthodes.
Si un matériau est chauffé localement, la répartition de la température à l’intérieur du corps change jusqu’à ce qu’elle soit uniformément répartie et stable après un certain temps. La phase qui suit de peu le début de l’apport de chaleur, au cours de laquelle la répartition de la température change encore, est appelée phase transitoire. Lorsque la répartition de la température est stable, on parle d’état stable.
Méthodes de mesure stationnaires
Les méthodes de plaques telles que la « plaque chauffante protégée« , le « Débitmètre de chaleur« ou le « Testeur d’interface thermique » appartiennent aux méthodes de mesure stationnaires.
L’échantillon de matériau est placé entre une plaque chauffée et une plaque refroidie.
Il en résulte un gradient de température et, par conséquent, un flux de chaleur le long de l’échantillon, qui est contrôlé jusqu’à ce qu’il atteigne une valeur finale constante.
Connaissant l’épaisseur de l’échantillon et le flux de chaleurla conductivité thermique de l’échantillon peut être calculée.
Le testeur TIM permet de mesurer la résistance thermique sous une charge ou une compression variable, ce qui permet de déterminer la conductivité thermique et la résistance thermique de contact.
Méthodes de mesure des transitoires
La méthode méthode du flash laser est l’une des méthodes de mesure transitoire et est basée sur un brevet datant de 1975.
Malgré son coût élevé et sa complexité, elle est encore largement utilisée aujourd’hui.
Et pour cause !
Avec la méthode du flash laser, les matériaux peuvent être testés de manière entièrement automatique, même à des températures extrêmes allant jusqu’à 2 800 degrés Celsius.
Pour la mesure, le disque échantillon est exposé d’un côté à une brève impulsion de chaleur à haute énergie provenant d’un laser ou d’une lampe flash.
L’augmentation de température qui en résulte sur la face opposée est enregistrée à l’aide d’un détecteur infrarouge.
En fonction de l’épaisseur de l’échantillon, la diffusivité thermique peut être calculée à l’aide d’un modèle de conductivité thermique.
Les méthodes du fil chauffant et de la bande chauffante sont largement utilisées, par exemple sous la forme de la méthode du pont chaud transitoire, et font également partie des méthodes de mesure transitoire.
Elles peuvent être trouvées dans une grande variété de configurations de capteurs, peuvent être utilisées de manière flexible et offrent la gamme la plus large possible d’applications et de mesures.
Intégré dans un substrat porteur, le fil chauffant émet un flux de chaleur constant pendant la mesure, ce qui entraîne une distribution de température variable dans le temps dans l’échantillon et dans le capteur lui-même.
L’augmentation de la température dans le temps est mesurée par un thermomètre intégré et sert à mesurer les propriétés de transport thermique du matériau.
Dossier spécial : Mesure de la conductivité thermique sur des couches minces
La mesure de la conductivité thermique sur des couches minces de l’ordre du nm au μm est un cas particulier.
Bien que certains des mêmes principes de mesure puissent être utilisés à cette fin, les formes de mise en œuvre – thermoréflectance dans le domaine temporel au lieu de LaserFlash et la méthode méthode des 3 omégas en tant que forme spéciale de la méthode de la bande chauffante – diffèrent considérablement afin de répondre aux conditions limites modifiées.
