Conduction
La conduction est le mécanisme de transfert de chaleur dans lequel l'énergie thermique est transférée d'un point à un autre par l'interaction entre les atomes ou les molécules de la matière. La conduction se produit dans les solides, les liquides et les gaz.
La conduction n'entraîne aucun mouvement de matière. Les gaz transfèrent la chaleur par collisions directes entre les molécules énergétiques et leur conductivité thermique est basse comparée aux solides puisqu'ils sont des milieux dilués. La conduction d'énergie dans les liquides est la même que pour les gaz, sauf que la situation est nettement plus complexe dans la mesure où les molécules sont plus proches l'une de l'autre et que les champs de force moléculaire exercent une forte influence sur l'échange d'énergie dans le processus de collision. Les solides non métalliques transfèrent la chaleur par vibrations réticulaires de sorte qu'il n'y a pas de mouvement de milieux au fur et à mesure que la chaleur se propage. Les métaux sont de meilleurs conducteurs que les non métaux à des températures normales puisqu'ils disposent d'électrons libres transportant l'énergie thermique.
Le transfert thermique par conduction procède selon la loi de Fourier qui stipule que le taux de conduction thermique Qconduction est proportionnel à la zone (A) de transfert thermique et au gradient de température (dT/dx), ou :
Qconduction = - K A (dT/dx)
où K, appelé conductivité thermique, définit la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Les unités de K sont W/m.oC ou (Btu/s)/in.oF. Pour la couche plane illustrée ci-dessous, le taux de conduction thermique est donné par :
Q
conduction = - K A ( T
H - T
C )/L
Cette figure
indique les valeurs de plage de la conductivité thermique pour les liquides, les solides non métalliques et les métaux purs à des températures et pressions normales.
Conductivité thermique dépendant de la température (K)
Pour la plupart des matériaux, K varie avec la température. Il augmente avec la température dans les gaz à des pressions basses, mais il peut augmenter ou chuter dans les métaux ou les liquides.
Le tableau ci-dessous liste les conductivités thermiques (dans W/m.oK) par rapport à la température (dans oK) pour les matériaux sélectionnés :
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Métal
|
Température (oK)
|
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103
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173
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273
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373
|
473
|
573
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673
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873
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|
Acier inoxydable
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15
|
17
|
19
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21
|
25
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Plomb
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40
|
37
|
36
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34
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33
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32
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17 (liq.)
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20 (liq.)
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Platine
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78
|
73
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72
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72
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72
|
73
|
74
|
77
|
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Zinc
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124
|
122
|
122
|
117
|
110
|
106
|
100
|
60 (liq.)
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Silicium
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856
|
342
|
168
|
112
|
82
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66
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54
|
38
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