Calcul résistance thermique : calcul en ligne, Définition, formule de calcul et modes du transfert de la chaleur
Calcul de la résistance thermique
Définition de la résistance thermique
La résistance thermique d’un matériau caractérise sa capacité à ralentir le transfert de chaleur réalisé par conduction. Elle s’exprime en m2.K.W-1.
Une paroi est d’autant plus isolante que sa résistance thermique est élevée. Cette gradeur est particulièrement utilisée dans les applications d’isolation thermique.
Formule de calcul de la résistance thermique
La résistance thermique est calculée avec la formule suivante :
R = e/ λ
Avec :
- R : La résistance thermique du matériau en m2.K.W-1.
- e : Epaisseur du matériau en m.
- λ : La conductivité thermique du matériau en W·m-1·K-1
W : watt ; m : mètre et K : Kelvin.
La conductivité thermique de quelques matériaux
| matériau | Conductivité thermique en en W·m-1·K-1 |
| Aluminium | 230 |
| Alliages d’aluminium | 160 |
| Bronze | 65 |
| Laiton | 120 |
| Cuivre | 380 |
| Fer pur | 72 |
| Fer, fonte | 50 |
| Plomb | 35 |
| Acier | 50 |
| Acier inoxydable | 17 |
| Zinc | 110 |
| Quartz | 1.40 |
| Pâte de verre | 1.20 |
| Verre sodo-calciare | 1 |
| Air | 0.025 |
| Dioxyde de carbone | 0.014 |
| Argon | 0.017 |
| Hexafluorure de soufre | 0.013 |
| Krypton | 0.009 |
| Xénon | 0.0054 |
| Glace à –10 °C | 2.30 |
| Glace à 0 °C | 2.20 |
| Eau à 10 °C | 0.60 |
| Eau à 40 °C | 0.63 |
| Eau à 80 °C | 0.67 |
Les modes du transfert de la chaleur
La conduction
La conduction est définie comme étant le mode de transmission de la chaleur au sein d’un milieu opaque (solide, liquide ou gazeux), sans déplacement de la matière, en présence d’un gradient de température. Elle s’effectuée selon deux mécanismes différents: une transmission par vibration des molécules ou atomes et une transmission par les électrons libres. Ce mode se produit au sein d’une même phase au repos ou mobile, en présence d’un gradient de température. Dans ce cas, le transfert de chaleur résulte d’un transfert d’énergie cinétique d’une molécule à une autre molécule adjacente.
Ce mode de transfert est le seul à exister dans un solide opaque (qui absorbe tous les rayons). Pour les solides transparents, une partie de l’énergie peut être transmise par rayonnement. Avec les fluides (gaz ou liquides), la convection et le rayonnement peuvent se superposer à la conduction.
La convection
La convection consiste essentiellement en la transmission de l’énergie par le mouvement ou le déplacement macroscopique d’une parcelle (grand nombre de molécules), généralement d’un fluide d’une région à autre. Ce mécanisme est accompagné toujours par le transfert d’énergie dû au mouvement moléculaire et qui représente le côté conductif de ce mode. On distingue deux types de convection ; la convection naturelle (convection libre) où le mouvement des particules est dû aux différences de température qui sont imposées au fluide.
La différence de température implique une différence de masses volumiques (déplacement des particules, dilatation), exemple (chauffage de l’air pour une montgolfière, chauffage de l’eau dans un récipient). La convection forcée où le mouvement des particules résulte de la pression appliquée au fluide par l’intermédiaire des moyens mécaniques, (d’une pompe par exemple).
Le transfert de la chaleur par convection, se produit entre deux phases dont l’une est généralement au repos et l’autre en mouvement, en présence d’un gradient de température.
Le mouvement du fluide peut résulter de la différence de masses volumiques (ρ) due aux différences de températures.
Le rayonnement
Le rayonnement est le transfert d’énergie électromagnétique d’un milieu à haute température vers un autre milieu à basse température sans aucun support matériel (il peut s’effectuer dans le vide). En général, tout corps opaque ou partiellement opaque porté à une température supérieure à zéro Kelvin rayonne de l’énergie dans toutes les directions. Cette énergie est transportée sous forme d’une onde électromagnétique dont la propagation n’exige pas du support matériel. Ce type de transport de chaleur est analogue à la propagation de la lumière et il ne nécessite aucun support matériel, contrairement aux écoulements. Les gaz, les liquides et les solides sont capables d’émettre et d’absorber les rayonnements thermiques.
Voir aussi :
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