MÉTALLOGRAPHIE Essais physiques
Mesures de la conductivité thermique
La distribution de la température dans les matériaux est conditionnée par l'écoulement de la chaleur en leur sein, c'est-à-dire par le transfert de l'énergie thermique d'atome à atome. On caractérise ce mode de transmission, appelé conduction, par un paramètre : la conductivité thermique. Soit un élément de volume de forme prismatique limité par deux sections parallèles de surface égale S, portées respectivement à deux températures différentes T1et T2(T1 >T2) et distantes de x. La quantité de chaleur Q qui s'écoule d'une section vers l'autre (suivant la chute de température), pendant le temps t, est donnée par la formule :
(λ étant la conductivité thermique exprimée en W(m-1 ( 0C-1). À la limite, si les sections sont très voisines, les quantités mises en jeu deviennent infinitésimales et on obtient :
(le signe moins est généralement introduit du fait que le gradient de température est négatif dans le sens de l'écoulement de chaleur).
Cette relation peut encore s'écrire, en posant :
(flux de chaleur par unité de surface) :
On utilise parfois une notion similaire qui est la diffusivité thermique, définie par la relation :
Écoulement unidirectionnel
Dans la méthode de Smith et Palmer, l'échantillon, sous forme de barreau, est entouré d'un tube métallique ; l'ensemble est placé dans un four à gradient de température. Le rôle du tube périphérique est de minimiser les pertes radiales. Le flux de chaleur est mesuré à l'extrémité froide du barreau à l'aide d'un calorimètre à eau ; le gradient de température est déterminé à l'aide de thermocouples. Un tel système implique d'employer un échantillon long et ne permet de mesurer que des valeurs moyennes de λ entre l'ambiante et une température plus ou moins élevée.
Dans la méthode de Schofield et Powell, pour s'affranchir de la sujétion consistant à maintenir l'une des extrémités de l'échantillon à faible température (calorimètre à eau), on place l'échantillon dans une enceinte isotherme et on lui fournit un excès connu d'énergie dans sa partie centrale. L'échantillon est alors constitué de deux parties, qui, une fois assemblées, ménagent entre elles une petite cavité dans laquelle est logée une résistance qui dissipe symétriquement de l'énergie électrique. Une variante de cette méthode consiste à intercaler un barreau étalon de conductivité connue entre deux barres du matériau étudié ; le flux de chaleur est alors calculé à partir du gradient de température qui s'établit dans le barreau étalon.
Écoulement radial
L'échantillon, de forme cylindrique, comporte un alésage axial dans lequel est placé un élément chauffant. Des thermocouples, disposés dans la barre parallèlement à l'axe, mesurent le gradient radial de température. Les pertes longitudinales sont compensées par des enroulements chauffants placés aux extrémités de l'échantillon, ou en réalisant cet échantillon sous forme d'un assemblage de disques. Lorsque l'état stationnaire est atteint, on a :
(où q est la quantité de chaleur fournie sur la longueur l par unité de temps).
L'avantage de cette méthode est qu'en entourant l'échantillon d'un tube chauffant on peut minimiser l'écart (T[...]
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Écrit par
- Georges CIZERON : professeur à l'université Paris-Sud, Orsay, directeur du laboratoire de structure des matériaux métalliques, Orsay
Classification
Médias
Mesures de résistivité
Encyclopædia Universalis France
Analyse thermique
Encyclopædia Universalis France
Diatomètres de Chevenard
Encyclopædia Universalis France
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