Conductivité thermique des matériaux courants

Qu'est-ce que la conductivité thermique ?

La conductivité thermique est une mesure de la capacité d'un matériau à transférer la chaleur. Elle indique la vitesse à laquelle la chaleur peut se déplacer à travers un matériau, d'un côté chaud vers un côté plus froid. Les unités utilisées sont les watts par mètre-kelvin (W/m-K). Une conductivité thermique élevée signifie que le matériau transfère rapidement la chaleur, tandis que des valeurs faibles indiquent que le matériau est un mauvais conducteur. Les métaux ont tendance à avoir une conductivité thermique élevée. Les matériaux tels que le bois ou les plastiques ont généralement une faible conductivité. Cette différence a une incidence sur l'utilisation de ces matériaux dans des applications telles que les casseroles, l'isolation ou les échangeurs de chaleur.

Le concept peut sembler technique, mais il a des applications concrètes. Par exemple, la conductivité thermique élevée du cuivre explique pourquoi il est utilisé dans les câbles électriques et les ustensiles de cuisine. En revanche, les substances à faible conductivité thermique constituent de bons isolants pour les maisons et les réfrigérateurs. Les données relatives à la conductivité thermique aident les ingénieurs à choisir le bon matériau pour des tâches spécifiques.

Liste des conductivités thermiques de matériaux courants

Vous trouverez ci-dessous une liste de matériaux courants et leurs valeurs typiques de conductivité thermique :

Métaux (conductivité thermique élevée)

Céramique et isolants

Polymères et plastiques

Semi-conducteurs

Autres matériaux

- Cuivre : Environ 400 W/m-K.
Le cuivre est un métal largement utilisé dans les échangeurs de chaleur et les ustensiles de cuisine en raison de son excellente capacité de transfert de chaleur.

- Aluminium : Environ 205 W/m-K.
L'aluminium est couramment utilisé dans les produits de cuisine et les matériaux de construction. Il est léger mais conduit bien la chaleur.

- Fer : environ 80 W/m-K.
Le fer est présent dans de nombreux articles de construction et machines. Sa conductivité le rend adapté aux applications nécessitant un transfert de chaleur modéré.

- Acier inoxydable : Environ 15-20 W/m-K.
En raison de sa faible conductivité, l'acier inoxydable convient aux appareils qui nécessitent un transfert de chaleur moins important. Il est souvent utilisé dans les équipements de cuisine et les pièces industrielles.

- Verre : Généralement de l'ordre de 1 W/m-K.
Le verre est utilisé dans les fenêtres et les vitrages isolants. Sa faible propriété de transfert de chaleur le rend efficace pour les conceptions d'économie d'énergie.

- Bois : entre 0,1 et 0,2 W/m-K.
Le bois sert de matériau d'isolation dans les habitations en raison de sa faible conductivité. Il est courant dans l'ameublement et les structures des bâtiments.

- Plastique : Varie entre 0,1 et 0,5 W/m-K.
Les plastiques sont utilisés dans les articles ménagers et les boîtiers électroniques. Ce sont de mauvais conducteurs, ce qui permet de minimiser les pertes ou les gains de chaleur.

- Céramique : Environ 1-30 W/m-K.
Les céramiques ont une large gamme de valeurs en raison de leurs compositions variées. Elles sont utilisées dans les ustensiles de cuisine, l'électronique et les applications à haute température. Par exemple, la porcelaine a une conductivité plus faible que les céramiques techniques avancées.

Ces valeurs sont approximatives. Dans la pratique, la pureté, la composition et la température peuvent affecter les chiffres exacts. Lorsqu'ils choisissent un matériau, les ingénieurs s'appuient sur des données fiables et sur leur expérience pour sélectionner la meilleure option pour les tâches de chauffage ou de refroidissement.

Les applications de la conductivité thermique sont multiples. Dans l'isolation des bâtiments, les matériaux à faible conductivité maintiennent l'air chaud à l'intérieur pendant l'hiver et à l'extérieur pendant l'été. Dans les appareils électroniques, les pièces à conductivité élevée contribuent à répartir la chaleur et à prévenir les dommages. Dans les pièces automobiles, la conductivité thermique influe sur l'efficacité et la sécurité. Les artisans et les ingénieurs s'appuient depuis longtemps sur ces chiffres pour guider leurs choix.

Conclusion

La conductivité thermique est une propriété importante qui joue un rôle majeur dans la sélection des matériaux pour diverses tâches. Nous avons vu que les métaux comme le cuivre et l'aluminium conduisent très bien la chaleur, ce qui les rend idéaux pour les applications qui nécessitent un transfert de chaleur rapide. En revanche, les matériaux tels que le bois, les plastiques et le verre agissent comme des isolants et sont utilisés lorsqu'il est nécessaire de retenir ou de prévenir la chaleur. Pour plus d'informations techniques et d'assistance, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

F : Qu'indique la conductivité thermique ?
Q : Elle mesure la vitesse à laquelle la chaleur se déplace à travers un matériau, ce qui indique son efficacité à transférer la chaleur.

F : Pourquoi le cuivre est-il utilisé dans les ustensiles de cuisine ?
Q : Parce que sa conductivité thermique élevée garantit une distribution rapide et uniforme de la chaleur.

F : En quoi une faible conductivité thermique est-elle bénéfique pour l'isolation des bâtiments ?
Q : Elle ralentit le transfert de chaleur, ce qui permet de garder les intérieurs chauds en hiver et frais en été.