Que sont les matériaux conducteurs de chaleur?
Les matériaux thermoconducteurs sont ceux qui permettent de transférer efficacement la chaleur entre une surface (ou un liquide) à haute température et une autre de température inférieure.
Les matériaux thermoconducteurs sont utilisés dans différentes applications d'ingénierie. Parmi les applications les plus importantes figurent la construction d'équipements de refroidissement, d'équipements de dissipation de chaleur et en général de tout équipement nécessitant un échange de chaleur dans ses processus.
Les matériaux qui ne sont pas de bons conducteurs thermiques sont appelés isolants. Le liège et le bois sont parmi les matériaux isolants les plus couramment utilisés.
Il est courant que les matériaux qui conduisent bien la chaleur soient également de bons conducteurs électriques.
Quelques exemples de bons matériaux conducteurs de chaleur et d'électricité sont l'aluminium, le cuivre et l'argent, entre autres.
Différents matériaux et leurs propriétés respectives de conduction thermique peuvent être trouvés dans les manuels de chimie qui résument les résultats de conduite expérimentale obtenus avec ces matériaux.
Conduction thermique
La conduction est le transfert de chaleur qui se produit entre deux couches du même matériau ou entre des surfaces en contact de deux matériaux qui n'échangent pas de matière.
Dans ce cas, le transfert de chaleur dans les matériaux est obtenu grâce aux collisions moléculaires qui se produisent entre les couches ou les surfaces.
Les chocs moléculaires permettent l'échange d'énergie interne et cinétique entre les atomes du matériau.
Ainsi, la couche ou la surface avec des atomes d'énergie interne et d'énergie cinétique supérieurs est transférée aux couches ou aux surfaces d'énergie inférieure, augmentant ainsi la température de celles-ci.
Différents matériaux ont des structures moléculaires différentes, ce qui signifie que tous les matériaux n'ont pas la même capacité à conduire la chaleur.
Conductivité thermique
Pour exprimer l'aptitude d'un matériau ou d'un fluide à conduire de la chaleur, on utilise la propriété physique "conductivité thermique", qui est habituellement représentée par la lettre k .
La conductivité thermique est une propriété qui doit être trouvée expérimentalement. Les estimations expérimentales de la conductivité thermique pour les matériaux solides sont relativement simples, mais le processus est complexe pour les solides et les gaz.
La conductivité thermique des matériaux et des fluides est indiquée pour une quantité de matériau avec une surface d’écoulement de 1 pied carré, une épaisseur de 1 pied, pendant une heure à une différence de température de 1 ° K.
Matériaux thermoconducteurs
Bien qu'en théorie tous les matériaux puissent transférer de la chaleur, certains ont une meilleure conduction que d'autres.
Dans la nature, il existe des matériaux tels que le cuivre ou l'aluminium qui sont de bons conducteurs de la chaleur. Cependant, la science des matériaux, la nanotechnologie et l'ingénierie ont permis la création de nouveaux matériaux dotés de bonnes propriétés de conduite.
Alors qu'un matériau thermoconducteur tel que le cuivre, que l'on trouve dans la nature, a une conductivité thermique de 401 W / K m, des nanotubes de carbone fabriqués avec des conductivités thermiques proches de 6600 W / K m ont été rapportés.
Les valeurs de conductivité thermique pour divers matériaux sont indiquées dans le tableau suivant:
