Différence entre la conductivité thermique et la diffusivité thermique

Différence principale - conductivité thermique vs diffusivité thermique

La conductivité thermique et la diffusivité thermique sont deux termes utilisés en physique thermique et statistique. La conductivité thermique est un terme fréquemment utilisé en physique tandis que la diffusivité thermique est un terme rarement utilisé en thermophysique. La conductivité thermique d'un matériau est une mesure de la capacité de ce matériau à conduire de la chaleur à travers lui. La diffusivité thermique d'un matériau, par contre, est l'inertie thermique de ce matériau. C'est la principale différence entre la conductivité thermique et la diffusivité thermique. La conductivité thermique est étroitement liée à la diffusivité thermique. La relation entre les deux quantités peut être exprimée sous forme d'équation.

Cet article couvre,

1. Qu'est-ce que la conductivité thermique? - Définition, unité de mesure, formule, propriétés des conducteurs thermiques

2. Qu'est-ce que la diffusivité thermique? - Définition, unité de mesure, formule, propriétés

3. Quelle est la différence entre la conductivité thermique et la diffusivité thermique?

Quelle est la conductivité thermique

En physique, la conductivité thermique est la capacité d'un matériau à conduire de la chaleur. La conductivité thermique est désignée par le symbole K. L'unité SI de mesure de la conductivité thermique est le watts par mètre Kelvin (W / mK). La conductivité thermique d'un matériau donné dépend souvent de la température et même de la direction du transfert de chaleur. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur circule toujours d'une région chaude vers une région froide. En d'autres termes, un transfert de chaleur net nécessite un gradient de température. Plus la conductivité thermique d’un matériau est élevée, plus le taux de transfert de chaleur à travers ce matériau sera élevé..

L’inverse de la conductivité thermique d’un matériau donné est connu sous le nom de résistivité thermique de ce matériau. Cela signifie que, plus la conductivité thermique est élevée, plus la résistivité thermique est réduite. La conductivité thermique (K) d'un matériau peut être exprimée par:

K (T) = α (T)_p (T) C_p(T)

Où, α (T) - diffusivité thermique, p (T) - densité, C_pCapacité thermique spécifique T

Des matériaux tels que le diamant, le cuivre, l'aluminium et l'argent ont une conductivité thermique élevée et sont considérés comme de bons conducteurs thermiques. Les alliages d'aluminium sont largement utilisés comme dissipateurs de chaleur, en particulier dans l'électronique. Des matériaux tels que le bois, le polyuréthane, l'alumine et le polystyrène, en revanche, ont une faible conductivité thermique. Par conséquent, ces matériaux sont utilisés comme isolants thermiques.

La conductivité thermique d'un matériau peut changer lorsque la phase du matériau passe de solide à liquide, de liquide à gaz ou inversement. Par exemple, la conductivité thermique de la glace change lorsque la glace fond dans l’eau.

Les bons conducteurs électriques sont généralement de bons conducteurs thermiques. Cependant, l’argent est un conducteur thermique relativement faible, même s’il s’agit d’un bon conducteur électrique..

Les électrons sont le principal contributeur à la conductivité thermique des métaux, tandis que les vibrations du réseau ou les phonons sont les principaux contributeurs à la conductivité thermique des non-métaux. Dans les métaux, la conductivité thermique est approximativement proportionnelle au produit de la conductivité électrique et de la température absolue. Cependant, la conductivité électrique des métaux purs diminue lorsque la température augmente, tandis que la résistance électrique des métaux purs augmente avec l'augmentation de la température. En conséquence, le produit de la résistance électrique et de la température absolue ainsi que de la conductivité thermique reste à peu près constant lorsque la température augmente ou diminue..

Le diamant est l’un des meilleurs conducteurs thermiques autour de la température ambiante, avec une conductivité thermique supérieure à 2 000 watts par mètre par Kelvin..

Quelle est la diffusivité thermique

La diffusivité thermique d'un matériau est l'inertie thermique de ce matériau. Cela peut être compris comme la capacité d'un matériau à conduire de la chaleur, par rapport à la chaleur stockée par unité de volume.

La diffusivité thermique d'un matériau peut être définie comme la conductivité thermique divisée par le produit de la capacité calorifique et de la densité spécifiques. Il peut être exprimé mathématiquement par:

α (T) = K (T) / (_p(T) C_p(T))

α (T) = diffusivité thermique

Cela signifie que plus la diffusivité thermique est élevée, plus la conductivité thermique est élevée. Par conséquent, les matériaux ayant une diffusivité thermique plus élevée conduisent rapidement la chaleur à travers eux. La diffusivité thermique d'un gaz est très sensible à la température ainsi qu'à la pression. L'unité SI de mesure de la diffusivité thermique est m²s^-1.

Contrairement à la conductivité thermique, la diffusivité thermique n’est pas un terme fréquemment utilisé. Cependant, il s'agit d'une propriété physique importante des matériaux qui aide à comprendre la capacité d'un matériau à conduire de la chaleur par rapport à la chaleur stockée par unité de volume..

Le graphite pyrolytique a une diffusivité thermique de 1,22 × 10⁻³ m²/ s

Différence entre la conductivité thermique et la diffusivité thermique

Définition:

Conductivité thermique: La conductivité thermique d'un matériau est une mesure de la capacité de ce matériau à conduire de la chaleur à travers celui-ci..

Diffusivité thermique: La diffusivité thermique peut être comprise comme la capacité d'un matériau à conduire de la chaleur par rapport à la chaleur stockée par unité de volume.

Formule de calcul

Conductivité thermique (K) d'un matériau peut être exprimé par:

       K (T) = α (T) ρ (T) Cp (T)

Où, α (T) - diffusivité thermique, ρ (T) - densité, Cp (T) - capacité calorifique spécifique

Diffusivité thermique (α) d'un matériau peut être exprimé en termes de conductivité thermique par:

      α (T) = K (T) / (ρ (T) Cp (T))

Dénoté par:

Conductivité thermique: K

Diffusivité thermique: α

Unité SI:

Conductivité thermique: W / mK

Diffusivité thermique: m².

Dimensions

Conductivité thermique: M¹L¹T⁻³Θ⁻¹

Diffusivité thermique: L².

 Courtoisie d'image: 

«Rough Diamond» Par un employé USGS inconnu - Source originale: le site Web de USGS «Minerals in Your World». Lien direct d’image: [1] (domaine public) via Commons Wikimedia

«Graphite pyrolytique» (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia