La transfert de chaleur par conduction Il consiste en le passage ou le flux d'énergie entre deux corps à des températures différentes, lorsqu'ils entrent en contact. La chaleur circule du corps le plus chaud au corps le plus froid, jusqu'à ce que les deux soient à la même température. On dit alors que le système a atteint l'équilibre thermique.
C'est un mécanisme de transfert de chaleur fréquent dans les solides, bien qu'il se produise également à l'intérieur des étoiles, qui sont normalement gazeuses. Cependant, les noyaux d'étoiles qui sont avancés dans leur évolution sont suffisamment denses pour que ce mécanisme soit significatif..
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Le transfert de chaleur par conduction se produit par l'échange d'énergie entre les molécules, les atomes et les électrons. Pendant que l'échange se produit, les particules les plus énergétiques cèdent une partie de leur énergie aux moins énergétiques à travers les collisions qui ont lieu entre elles..
Par exemple, dans une casserole qui va être mise au feu, toutes les particules du matériau oscillent avec une certaine amplitude. La flamme chauffe ceux qui en sont les plus proches et ils commencent à vibrer plus rapidement, augmentant leur amplitude d'oscillation et gagnant de l'énergie..
Une partie de cette énergie est transmise aux molécules voisines, qui à leur tour augmentent leur amplitude d'oscillation et acquièrent également progressivement de l'énergie. Et à partir de ces particules, une partie de l'énergie se propage vers les particules les plus éloignées de la flamme.
L'augmentation de l'amplitude d'oscillation des particules se traduit par une augmentation de la température, qui peut être ressentie avec la main, si vous vous approchez suffisamment du métal de la casserole, y compris la poignée ou les poignées, par conséquent elles sont toujours recouvertes d'un isolant, afin qu'ils puissent être manipulés sans brûler.
Cependant, la vitesse du processus de conduction dépend du matériau, car certaines substances se conduisent beaucoup mieux que d'autres..
À cet égard, les métaux sont certainement d'excellents conducteurs de chaleur et d'électricité. Ils sont meilleurs que le bois et les plastiques, car leurs atomes ont au moins un électron libre dans la coquille la plus externe, qui peut se déplacer à travers le matériau et transporter de l'énergie avec eux..
Mais étonnamment, le diamant est le meilleur conducteur thermique du marché, bien qu'en raison de son prix, il n'y ait pas d'autre alternative que de se contenter des métaux lorsqu'il s'agit d'applications pratiques..
De nouvelles recherches indiquent qu'un composé de bore et d'arsenic est peut-être aussi bon que le diamant pour dissiper efficacement la chaleur.
Pour savoir à quelle vitesse la chaleur se propage par conduction, considérons une feuille de matériau de largeur L et de zone latérale A. La face gauche est en contact avec une source de chaleur (en rouge) à la température Th, tandis que l'autre face est adjacente à un objet plus froid, de température Tc.
La chaleur Q circule entre les faces, du côté le plus chaud au côté le plus froid, dans le temps Δt. Expérimentalement, on constate que le taux de changement ou la vitesse avec laquelle la chaleur circule entre les faces est proportionnel à:
-La zone A des faces.
-La différence de température ΔT entre eux.
Et il est également inversement proportionnel à l'épaisseur L de la plaque. Mathématiquement, il est exprimé comme ceci:
La constante de proportionnalité est appelée conductivité thermique k, donc:
La conductivité thermique est une caractéristique du matériau. En ce qui concerne les unités présentes, dans le système international, Q est mesuré en joules (J), Δt en secondes (s), donc Q / Δt reste en J / s ce qui équivaut à watts (W). Dans ce cas, les unités de conductivité thermique sont W / m ∙ ºC, si la température est mesurée en degrés Celsius ou W / m ∙ K lors de l'utilisation de l'échelle absolue en kelvin.
Les bons conducteurs thermiques ont des valeurs élevées de k, mettant en valeur les métaux et le diamant.
Puisque Q / Δt est puissance, s'il est noté P on a:
Vous trouverez ci-dessous la conductivité thermique de certaines substances connues d'utilisation fréquente, en unités du SI International System W / m ∙ K:
-Diamant synthétique: 2000
-Argent: 429
-Pièces d'or: 317
-Cuivre: 385
-Zinc: 116
-Tungstène: 174
-Air: 0,024
Le transfert de chaleur par conduction est présent dans de nombreux aspects de la vie quotidienne:
Les casseroles, poêles et, en général, les ustensiles de cuisine en métal tel que l'acier, ont des poignées en matériau isolant. Cela réduit le risque de brûlures lors de leur manipulation alors qu'ils sont en contact avec la flamme ou que le contenu est chaud..
Lorsque vous tenez un morceau de bois dans une main et un morceau de métal dans l'autre, on remarque immédiatement qu'il est plus froid au toucher. Les métaux, comme expliqué ci-dessus, sont de bons conducteurs de chaleur, de sorte que la chaleur circule plus rapidement de la main vers le métal que de la main vers le bois..
De cette manière, le contact avec le métal refroidit plus rapidement la main de la personne qui le tient, et par conséquent, elle est plus froide que le bois, qui n'est pas aussi bon conducteur..
Les nouvelles couvertures sont plus chaudes que les couvertures usagées, et c'est parce que les nouvelles ont plus d'air à l'intérieur des fibres et des pores. Plus il y a d'air à l'intérieur, mieux une couverture fonctionne, car l'air est un très bon isolant thermique.
Dans de nombreuses régions du monde où il fait très froid en hiver, les maisons sont protégées avec des matériaux isolants thermiques, de sorte que l'intérieur reste plus confortable.
Par exemple, il y a la fibre de verre, qui contient des espaces avec de l'air à l'intérieur, qui fonctionne comme un isolant thermique, empêchant la chaleur de s'échapper..
Les pompes à chaleur extraient la chaleur des machines en conduisant la chaleur à travers des conduits métalliques, des pièces surchauffées vers les zones plus froides.
Lorsqu'un objet métallique est chauffé, les particules constitutives oscillent avec une plus grande amplitude et la conséquence est que les dimensions de l'objet sont augmentées..
Les récipients destinés à maintenir les aliments en bon état plus longtemps sont en matériau isolant afin que la chaleur de l'extérieur ne décompose pas les aliments.
La section transversale d'un bloc de cuivre a une superficie de 20 cmdeux et longueur de 50 cm. Un côté est à 0 ° C et l'autre à 100 ° C. Calculez la vitesse à laquelle la chaleur est transmise.
L'équation dérivée précédemment sera utilisée:
D'après la liste des conductivités, celle du cuivre est k = 400 W / m ∙ K, et bien que les températures données dans l'énoncé soient en degrés Celsius, l'intervalle ΔT est le même sur les deux échelles:
ΔT = 100 K
La longueur est L = 50 cm = 0,5 m et la zone est A = 20 cmdeux = 0,002 mdeux, Il reste à substituer des valeurs dans l'équation:
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