Conductivité thermique des fluides (liquides et gaz)
En physique, un fluide est une substance qui se déforme (s’écoule) continuellement sous une contrainte de cisaillement appliquée. Les fluides sont un sous-ensemble des phases de la matière et comprennent les liquides , les gaz , les plasmas et, dans une certaine mesure, les solides plastiques. Parce que l’espacement intermoléculaire est beaucoup plus grand et que le mouvement des molécules est plus aléatoire pour l’état du fluide que pour l’état solide, le transport de l’énergie thermique est moins efficace. La conductivité thermiquedes gaz et des liquides est donc généralement plus petit que celui des solides. Dans les liquides, la conduction thermique est provoquée par diffusion atomique ou moléculaire. Dans les gaz, la conduction thermique est provoquée par la diffusion de molécules d’un niveau d’énergie supérieur au niveau inférieur.
Conductivité thermique des gaz
L’effet de la température, de la pression et des espèces chimiques sur la conductivité thermique d’un gaz peut être expliqué en termes de théorie cinétique des gaz . L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants, en l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple le polystyrène) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle . L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces, entraînant une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.
La conductivité thermique des gaz est directement proportionnelle à la densité du gaz, à la vitesse moléculaire moyenne et surtout au libre parcours moyen de la molécule. Le libre parcours moyen dépend également du diamètre de la molécule, les plus grosses molécules étant plus susceptibles de faire l’objet de collisions que les petites molécules. Il s’agit de la distance moyenne parcourue par un vecteur énergétique (une molécule) avant de subir une collision. Les gaz légers, tels que l’ hydrogène et l’ hélium, ont généralement une conductivité thermique élevée . Les gaz denses tels que le xénon et le dichlorodifluorométhane ont une faible conductivité thermique.
En général, la conductivité thermique des gaz augmente avec l’augmentation de la température.
Conductivité thermique des liquides
Comme il a été écrit, dans les liquides, la conduction thermique est causée par la diffusion atomique ou moléculaire, mais les mécanismes physiques permettant d’expliquer la conductivité thermique des liquides ne sont pas bien compris. Les liquides ont tendance à avoir une meilleure conductivité thermique que les gaz et la capacité de s’écouler en fait un liquide apte à éliminer l’excès de chaleur des composants mécaniques. La chaleur peut être évacuée en canalisant le liquide à travers un échangeur de chaleur. Les liquides de refroidissement utilisés dans les réacteurs nucléaires comprennent l’eau ou des métaux liquides, tels que le sodium ou le plomb.
La conductivité thermique des liquides non métalliques diminue généralement avec l’augmentation de la température.
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