OBJECTIF L'objectif de cette expérience est de déterminer la constante de proportionnalité (la conductivité thermique k) pour le flux de chaleur unidimensionnel stationnaire. INTRODUCTION La conduction thermique est le transfert d'énergie thermique dans un matériau en raison du gradient de température à l'intérieur de celui-ci. Ce processus se produit toujours d'une région de température plus élevée vers une région de température plus basse. Un solide est choisi pour l'expérience de conduction pure car les liquides et les gaz présentent un transfert de chaleur par convection excessif. Dans des situations pratiques, la conduction de chaleur se produit dans trois dimensions, une complexité qui nécessite souvent des calculs étendus pour l'analyser. Pour l'expérience, une approche unidimensionnelle est nécessaire pour démontrer la loi de base qui relie le taux de flux de chaleur au gradient de température et à la surface. THÉORIE CONDUCTION THERMIQUE LINÉAIRE Selon la loi de Fourier sur la conduction de la chaleur : Si une paroi plane d'épaisseur (∆L) et d'aire (A) supporte une différence de température (∆T), alors le taux de transfert de chaleur par unité de temps (Q) par conduction à travers la paroi est trouvé à être : Si le matériau de la paroi est homogène et possède une conductivité thermique k (la constante de proportionnalité), alors : Il convient de noter que le flux de chaleur est positif dans la direction de la baisse de température, d'où le signe négatif dans l'équation. Pour plus de commodité, l'équation peut être réarrangée pour éviter le signe négatif comme suit : Note : Dans cet exercice, k et A sont constants. La configuration de l'expérience de conduction thermique linéaire est illustrée dans la Figure 1. CONDUCTION THERMIQUE RADIALE Lorsque les surfaces intérieure et extérieure d'un cylindre à paroi épaisse sont chacune à une température uniforme différente, la chaleur se propage radialement à travers la paroi du cylindre. Le disque peut être considéré comme étant construit comme une série de couches successives. D'après des considérations de continuité, le flux de chaleur radial à travers chacune des couches successives de la paroi doit être constant si le flux est constant, mais comme la surface des couches successives augmente avec le rayon, le gradient de température doit diminuer avec le rayon. La configuration de l'expérience de conduction thermique radiale peut être vue dans la Figure 2. EXPÉRIENCES À RÉALISER L'unité d'essai sera introduite en laboratoire avant l'expérience par l'assistant concerné. Conduction thermique linéaire Objectif de l'expérience : Comprendre comment calculer la conductivité thermique (k). Les données nécessaires aux calculs seront enregistrées dans le tableau ci-dessous. Calculs : En utilisant l'équation donnée ci-dessous, calculez la conductivité thermique. La conductivité thermique est définie comme : Avec : A = 7,065 x 10^-4 m^2 Tracez un graphique de la température en fonction de la position le long de la barre et tracez la meilleure droite possible à travers les points. Commentez sur le graphique. Comparez vos résultats avec ceux de Tableau 1. Conduction thermique linéaire pour différents matériaux Objectif de l'expérience : Comprendre comment calculer la conductivité thermique (k) pour différents matériaux. Les données nécessaires aux calculs seront enregistrées dans le tableau ci-dessous. Calculs : En utilisant l'équation donnée ci-dessous, calculez la conductivité thermique. La conductivité thermique est définie comme : Avec : A = 7,065 x 10^-4 m^2 Tracez un graphique de la température en fonction de la position le long de la barre et tracez la meilleure droite possible à travers les points. Commentez sur le graphique. Comparez vos résultats avec ceux de Tableau 1. Conduction thermique radiale Objectif de l'expérience : Comprendre comment calculer la conductivité thermique (k). Les données nécessaires aux calculs seront enregistrées dans le tableau ci-dessous. Calculs : Utilisez l'équation donnée ci-dessous pour calculer la conductivité thermique. La conductivité thermique est définie comme : Où : L = 0,012 m Tracez un graphique de la température en fonction de la position le long de la barre et tracez la meilleure droite possible à travers les points. Commentez le graphique. RAPPORT Dans vos rapports de laboratoire, vous devez inclure les éléments suivants : a) Page de couverture b) Une brève introduction c) Tous les calculs nécessaires utilisant les données mesurées. d) Discussion de vos résultats et une conclusion.
