Conduction thermique

Cet appareil complet permet de mettre en œuvre la loi fondamentale liant le flux calorifique au gradient de température et à la surface traversée par le flux. Une barre métallique est chauffée électriquement à une extrémité. Une circulation d’air tempéré permet le maintien de la température de la deuxième extrémité à une valeur sensiblement constante. Une série de huit capteurs de température sont répartis le long de la barre métallique à étudier. Grâce à un système d’acquisition et son logiciel, on récupère la température de chaque capteur en fonction du temps, ainsi que le flux de chaleur en Watt. Toutes les données acquises au cours du temps sont exploitables.

CONDUCTIVITE EN REGIME STATIONNAIRE

On place la barre à étudier dans le boitier. On ferme celui-ci avec les vis de serrage de manière à se rapprocher au maximum des conditions adiabatiques. On lance la chauffe ainsi que le refroidissement. La température des 8 capteurs s’affichent ainsi que le flux thermique. Au bout d’une quinzaine de minutes, le régime permanent est atteint: la température est constante en fonction du temps en tout point de l’espace. On affiche la droite représentant le gradient de température, c’est-à-dire la température en fonction de la position de chaque capteur. En exploitant le coefficient directeur ou l’ordonnée à l’origine de cette droite, on retrouve la valeur de la conductivité du matériau grâce à la loi de Fourier.

ETUDE DU REGIME STATIONNAIRE

On met en place la barre à étudier dans le boitier et on lance une acquisition. Dans ce régime, la température n’a pas encore atteint une température d’équilibre. Le logiciel permet d’afficher la température de chaque capteur en fonction du temps. En connaissant la masse volumique du matériau, on peut retrouver la valeur de la diffusivité du matériau avec l’équation de diffusion de la chaleur.

COMPARAISON DE DIFFERENTS MATERIAUX

Nous fournissons une barre en cuivre et une barre en aluminium, ce qui permet de comparer les conductivités des différents matériaux. Les barres sont facilement interchangeables. L?étude des 3 matériaux est possible pendant un TP de 2h maximum.
On pourra également travailler sur le retour à l?état d’origine après une chauffe, ou sur la chauffe continue sans refroidissement.

SUJETS ABORDES

> Transfert thermique
> Conduction thermique
> Résistance thermique
> Loi de Fourier
> Propriétés des matériaux

EQUIPEMENT NECESSAIRE

PC nécessaire