Conductivité thermique du verre
Le verre est un solide amorphe non cristallin qui est souvent transparent et qui est largement utilisé à des fins pratiques, technologiques et décoratives, par exemple dans les vitres de fenêtres. Le verre est composé de sable et d’autres minéraux qui sont fondus à très haute température pour former un matériau idéal pour une grande variété d’utilisations. Puisqu’il s’agit d’un matériau solide amorphe, sa conductivité thermique n’est pas élevée . Sa conductivité thermique est d’environ k = 1 W / mK
Exemple – Flux de chaleur à travers une fenêtre
Perte de chaleur par les fenêtres
Les fenêtres sont l’une des principales sources de perte de chaleur d’une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers une vitre de verre de 1,5 mx 1,0 m et d’une épaisseur de 3,0 mm, si les températures aux surfaces intérieure et extérieure sont de 14,0 ° C et 13,0 ° C, respectivement. Calculez le flux de chaleur à travers cette fenêtre.
Solution:
À ce stade, nous connaissons les températures à la surface des matériaux. Ces températures sont également données par les conditions à l’intérieur et à l’extérieur de la maison. Dans ce cas, la chaleur circule par conduction à travers le verre de la température intérieure la plus élevée à la température extérieure la plus basse. Nous utilisons l’équation de conduction thermique:
Nous supposons que la conductivité thermique d’un verre commun est k = 0,96 W / mK
Le flux de chaleur sera alors:
q = 0,96 [W / mK] x 1 [K] / 3,0 x 10 -3 [m] = 320 W / m 2
La perte de chaleur totale à travers cette fenêtre sera:
q perte = q. A = 320 x 1,5 x 1,0 = 480 W
Conductivité thermique des non-métaux
Pour les solides non métalliques , k est déterminé principalement par k ph , qui augmente à mesure que la fréquence des interactions entre les atomes et le réseau diminue. En fait, la conduction thermique sur réseau est le mécanisme de conduction thermique dominant dans les non-métaux, sinon le seul. Dans les solides, les atomes vibrent autour de leur position d’équilibre (réseau cristallin). Les vibrations des atomes ne sont pas indépendantes les unes des autres, mais sont plutôt fortement couplées avec les atomes voisins. La régularité de l’arrangement du réseau a un effet important sur le k ph , avec des matériaux cristallins (bien ordonnés) comme le quartzayant une conductivité thermique plus élevée que les matériaux amorphes comme le verre. A des températures suffisamment élevées k ph ∝ 1 / T.
Les quanta du champ vibratoire cristallin sont appelés « phonons ». Un phonon est une excitation collective dans un arrangement élastique et périodique d’atomes ou de molécules dans la matière condensée, comme les solides et certains liquides. Les phonons jouent un rôle majeur dans de nombreuses propriétés physiques de la matière condensée, comme la conductivité thermique et la conductivité électrique. En fait, pour les solides cristallins non métalliques tels que le diamant, k ph peut être assez grand, dépassant les valeurs de k associées à de bons conducteurs, comme l’aluminium. En particulier, le diamant a la dureté et la conductivité thermique les plus élevées (k = 1000 W / mK) de tous les matériaux en vrac.
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