Conductivité thermique - Définition et Explications

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Évolution avec la température

La conductivité thermique évolue avec la température.

Pour les solides, elle répond à la loi suivante :

 \lambda= \lambda_0 (1+ a\theta)\,

  • λ0 est la conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert thermique par conduction. Cette constante apparaît par exemple dans la loi de Fourier (voir l’article...) du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...) à 0 K
  • a est un coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de base et ainsi...) caractéristique de chaque matériau
  • θ est la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) en Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non...)

a est positif pour les isolants thermiques et négatif pour les conducteurs thermiques.

Quand la température augmente, un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants...) perd de sa capacité d'isolation et inversement un conducteur perd de sa capacité de conduction.

Nuvola apps important.svg Attention : équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes...) non valide pour les hautes températures

Ordres de grandeur des conductivités thermiques de quelques matériaux

Matériaux Conductivité thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...)
(W·m-1·K-1)
Valeurs pour une température de 20 °C
Acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.) doux 00046 46
Acier inoxydable (Les aciers inoxydables jouent un grand rôle dans d'innombrables domaines : vie quotidienne, industrie mécanique, agroalimentaire, chimie, transports, médecine, chirurgie, etc. Ce sont des aciers, alliages de fer et de...) (18% Chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.), 8% Nickel) 00026 26
Adobe (terre crue) 00000.32 0,32
Air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) (100 kPa) 00000.0262 0,0262
Aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) (pureté de 99,9%) 00237 237
Al-SiC (L'Al-SiC (ou AlSiC, ou Al/SiC) est une matrice d’aluminium Al renforcé de particules de carbure de silicium SiC, typiquement de 30% à 60%.) 00175 150-200
Amiante (L’amiante (nom masculin) est un terme désignant des minéraux à texture fibreuse utilisés dans l’industrie. Ce sont des silicates magnésiens ou calciques ayant des...) 00000.168 0,168
Ardoise (L'ardoise est une roche métamorphique qui s'est formée dans de fortes conditions de pression et de température. Elle appartient à la famille des schistes...) (parallèle) 00002.50 2,50 à 95°C
Ardoise (perpendiculaire) 00001.4 1,4 à 95°C
Argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) 00418 418
Asphalte ( Asphalte : matériau de construction Asphalte : film réalisé par Joe May en 1929 Asphalte : film réalisé par Hervé Bromberger en 1958 Asphalte : film réalisé par Denis Amar en 1981 Asphalte : court...) (2,1 g/cm³) 00000.06 0,06
Bakélite (1,3 g/cm³) 00001.4 1,4
Basalte 00002 2
Béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant.) 00000.92 0,92
Bois de chêne (Le chêne est le nom vernaculaire de nombreuses espèces d'arbres et d'arbustes appartenant au genre Quercus, et à certains genres apparentés,...) 00000.16 0,16
Bois de noyer (Le noyer (Juglans) est un genre de plantes appartenant à la famille des Juglandacées, originaire des régions tempérées et chaudes principalement de l'hémisphère nord (Eurasie, Amérique...) (0,65 g/cm³) 00000.14 0,14
Bois de pin (Pin désigne :) (parallèle aux fibres) 00000.36 0,36
Bois de pin (perpendiculaire aux fibres) 00000.15 0,15
Brique (terre cuite) 00000.84 0,84
Caoutchouc vulcanisé (EPDM) 00000.38 0,36 à 0,40
Calcaire (2 g/cm³) 00001 1
Carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 00129 129
Carton
Charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois de manière contrôlée en l'absence d'oxygène. Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale volatile afin de ne laisser que le...) (0,2 g/cm³) 00000.055 0,055
Contreplaqué (Le contreplaqué et le lamibois sont la superposition de plaques de bois déroulées, Son épaisseur peut varier selon son utilisation, généralement de 1 à 50 mm.) 00000.11 0,11
Craie 00000.92 0,92
Cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches une teinte...) 00390 390
Diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système cristallin cubique. C'est le plus dur (dureté...) 01800 1000-2600
Dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température. Les...) (gaz) 00000.18 0,18
Dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de...) (gaz) 00000.027 0,027
Eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 00000.6 0,6
Epoxy 00000.25 0,25
Étain 00066.6 66,6
Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne,...) 00080 80
Fonte 00100 100
Granite (2,8 g/cm³) 00002.2 2,2
Grès (2,2 g/cm³) 00001.3 1,3
Hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point...) (gaz) 00000.14 0,14
Houille (La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition...) (1,35 g/cm³) 00000.26 0,26
Laine 00000.05 0,05
Laine de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un...) (150 à 175 kg/m³) 00000.045 0,045
Laine de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2)...) 00000.04 0,04
Liège 00000.04 0,04
Marbre (Le marbre est une roche métamorphique dérivée du calcaire, existant dans une grande diversité de coloris, pouvant présenter des veines, ou marbrures (veines et coloris sont dus à des inclusions d'oxydes...) 00000.30 0,30
Mortier de chaux 00000.87 0,87
Mousse de Polyuréthane rigide 00000.025 0,025
Or 00317 317
Ouate de cellulose 00000.041 0,041
Paille (perpendiculaire aux fibres) 00000.04 0,04
perlite 00000.038 0,038
Platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) 00071.6 71,6
Plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) 00035 35
Polystyrène expansé 00000.036 0,036
Pouzzolane 00000.15 0,15
Quartz 00009.4 6,8-12
Roseau (en panneau) 00000.056 0,056
Schiste (Un schiste est une roche qui a pour particularité d'avoir un aspect feuilleté, et de se débiter en plaques fines ou « feuillet rocheux ». On dit qu'elle présente une schistosité. Il peut s'agir d'une...)
Silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) 00149.0 149
Nitrure de silicium (Sialon) 00042.5 20-65
Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...) (sèche) 00000.75 0,75
Titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) 00020 6,7
Verre 00001.2 1,2
Zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) 00116.0 116

Si le diamant a une conductivité thermique très élevée, celle du diamant bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et...) naturel l’est encore plus. On peut donc examiner des gemmes pour déterminer si elles sont de véritables diamants en utilisant un appareil de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la conductivité thermique, un des instruments standard utilisé en gemmologie. Les diamants de n'importe quelle taille paraissent toujours très froids au toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants,...) en raison de leur effusivité thermique (L’effusivité thermique d'un matériau est donnée par la formule : où λ est sa conductivité thermique, ρ sa masse volumique, et c sa...) élevée.

À densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) et humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) égales, le bois résineux est plus conducteur que le bois feuillu. Plus un bois est dense et plus il est humide, plus il est conducteur.

Conductivité thermique des éléments à 27°C en W/cm K :

H He
Li
0,847
Be
2
B C N O F Ne
Na
1,41
Mg
1,56
Al
2,37
Si
1,48
P S Cl Ar
K
1,024
Ca
2
Sc
0,158
Ti
0,219
V
0,307
Cr
0,937
Mn
0,0782
Fe
0,802
Co
1
Ni
0,907
Cu
4,01
Zn
1,16
Ga
0,406
Ge
0,599
As Se Br Kr
Rb
0,582
Sr
0,353
Y
0,172
Zr
0,227
Nb
0,537
Mo
1,38
Tc
0,506
Ru
1,17
Rh
1,5
Pd
0,718
Ag
4,29
Cd
0,968
In
0,816
Sn
0,666
Sb
0,243
Te I
0,45
Xe
Cs
0,359
Ba
0,184
*
Hf
0,23
Ta
0,575
W
1,74
Re
0,479
Os
0,876
Ir
1,47
Pt
0,716
Au
3,17
Hg
0,0834
Tl
0,461
Pb
0,353
Bi
0,0787
Po
0,2
At Rn
Fr Ra **
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
*
La
0,134
Ce
0,113
Pr
0,125
Nd
0,165
Pm
0,15
Sm
0,133
Eu
0,139
Gd
0,105
Tb
0,111
Dy
0,107
Ho
0,162
Er
0,145
Tm
0,169
Yb
0,385
Lu
0,164
**
Ac Th
0,54
Pa U
0,276
Np
0,063
Pu
0,0674
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