Que sont les matériaux conducteurs de chaleur?

Le matériaux conducteurs de chaleur sont ceux qui permettent un transfert efficace de la chaleur entre une surface (ou un liquide) à haute température et une autre à basse température.

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 leurs processus.

Les matériaux qui ne sont pas de bons conducteurs de chaleur sont appelés isolants. Parmi les matériaux isolants les plus utilisés, on trouve le liège et le bois.

Il est courant que les matériaux qui conduisent bien la chaleur soient également de bons conducteurs d'électricité.

L’aluminium, le cuivre et l’argent, entre autres, sont des exemples de bons matériaux propices à la chaleur et à l’électricité.

Différents matériaux et leurs propriétés respectives de conduction thermique peuvent être trouvés dans les manuels de chimie qui résument les résultats expérimentaux obtenus dans ces matériaux.

Conduction thermique

La conduction est le transfert de chaleur qui se produit entre deux couches d'un 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 assuré grâce aux chocs 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 plus élevées est transférée vers les couches ou les surfaces de moindre énergie, 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 de conduire la chaleur. 

Conductivité thermique

Pour exprimer la capacité d'un matériau ou d'un fluide à conduire de la chaleur, on utilise la propriété physique "conductivité thermique" qui est généralement représentée par la lettre k.

La conductivité thermique est une propriété qui doit être expérimentalement trouvée. Les estimations expérimentales de la conductivité thermique des 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 rapportée pour une quantité de matériau avec une surface de passage de 1 pied carré, une épaisseur de 1 pied, pendant une heure à une différence de température de 1 ° K.

Matériaux conducteurs thermiques

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 comme le cuivre ou l'aluminium qui sont de bons conducteurs de chaleur, mais la science des matériaux, la nanotechnologie et l'ingénierie ont permis la création de nouveaux matériaux présentant de bonnes propriétés de conduite.

Alors qu'un matériau thermoconducteur tel que le cuivre, présent dans la nature, présente une conductivité thermique de 401 W / K m, des nanotubes de carbone fabriqués avec des conductivités thermiques proches de 6 600 W / K ont été rapportés.

Les valeurs de conductivité thermique pour différents matériaux peuvent être consultées dans le tableau suivant:

Références

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