Mesure des propriétés thermophysiques

Résumé du document

Les propriétés thermophysiques d'un matériau caractérisent son comportement et sa réaction face à un gradient de température. Les mesures de flux de chaleur, de densités de flux et de propriétés thermophysiques telles que la conductivité ou la diffusivité thermique sont essentielles dans l'étude des procédés thermiques. Elles permettent de prévoir la manière avec laquelle le matériau va réagir face à un environnement donné. En effet, dans un contexte à la fois de développement durable et d'amélioration de l'isolation afin d'économiser de l'énergie, ces valeurs s'avèrent cruciales. Pour cela la mise au point de nouvelles techniques de mesure se révèle être parfois nécessaire. Généralement, ces paramètres thermophysiques sont déterminés à partir de l'analyse de réponse en température d'un matériau à une excitation thermique.
Nous allons donc exposer différentes méthodes de mesure de ces propriétés que sont la capacité calorifique, la température de fusion, la conductivité thermique et la diffusivité.

Extraits

[...] Entre F et F', le thermostat apporte une quantité de chaleur qf au calorimètre. Entre I et il y a également des fuites telles que qif >0. Globalement : Qfuite= qi + qf + qif La température dans le calorimètre est toujours supérieure à la température ambiante. Graphiquement on obtient : Entre I' et le thermostat pompe une quantité de chaleur qi au calorimètre. Entre F et F', le thermostat pompe une quantité de chaleur qf au calorimètre. [...]

[...] Le calorimètre de Berthelot et le vase de Dewar sont deux exemples de calorimètres quasi-adiabatiques. Calorimètre de Berthelot: Vase de Dewar: Méthode des mélanges Le solide de masse m1 est porté à une température θi. Il est ensuite plongé dans le calorimètre contenant une masse meau à la température θ0. Les échanges thermiques pour l'ensemble du système S={calorimètre + eau + solide} conduisent à un équilibre thermique à la température θf. Dans le cas adiabatique : Le bilan énergétique s'écrit: m1c1(θf θi) + (meauceau+C)(θf θ0) = 0 D'où l'on en déduit: Il est à remarquer qu'une manipulation préliminaire s'avère nécessaire pour déterminer la capacité thermique C du calorimètre. [...]

[...] Mesure des propriétés thermophysiques Introduction Les propriétés thermophysiques d'un matériau caractérisent son comportement et sa réaction face à un gradient de température. Les mesures de flux de chaleur, de densités de flux et de propriétés thermophysiques telles que la conductivité ou la diffusivité thermique sont essentielles dans l'étude des procédés thermiques. Elles permettent de prévoir la manière avec laquelle le matériau va réagir face à un environnement donné. En effet, dans un contexte à la fois de développement durable et d'amélioration de l'isolation afin d'économiser de l'énergie, ces valeurs s'avèrent cruciales. [...]

[...] L'objectif consiste alors à mesurer les transferts thermiques s'effectuant entre les deux corps. L'enceinte S peut éventuellement échanger de l'énergie avec un thermostat T (la pièce par exemple). Effectuons alors un bilan énergétique du système dans son ensemble en appliquant le premier principe de la thermodynamique : Δ(EA+EB)=W+Q Par la suite, on considère généralement que la variation d'énergie mécanique du système est nulle (système au repos: EC+EP=0) et que la pression est constante Pext. D'où: Δ(UA+UB)= −Δ(PextV)+Wu+Q Soit: Δ(HA+HB)=Wu+Q On peut alors distinguer 2 types de calorimètres: Les calorimètres adiabatiques, pour lesquels il n'y a aucun transfert de chaleur avec l'extérieur Cela nécessite un asservissement pour que le thermostat T se maintienne à la même température que le système S. [...]