Quelles sont les propriétés thermiques et quels sont? (Avec des exemples)

Les propriétés thermales en fer font de la parole en métal pour fabriquer de nombreuses pièces et structures

Que sont les propriétés thermiques?

Le Propriétés thermiques Les matériaux sont constitués de leurs réponses aux variations de température. Par exemple, il est connu que la plupart des substances se développent lors du chauffage et des contrats lorsqu'il refroidisse.

La conception des pièces les plus diversifiées nécessite l'utilisation de matériaux avec certaines propriétés thermiques, afin de garantir leur fonctionnement correct. De nombreuses pièces mécaniques sont exposées à une chaleur intense pendant le fonctionnement, et elles doivent maintenir leurs dimensions et leur structure face aux efforts auxquels ils sont soumis.

Même d'autres matériaux de matériaux, en plus de la mécanique, tels que les propriétés électriques et magnétiques, sont affectés par les changements de température. D'où l'importance de les connaître.

Parmi les principales propriétés thermiques figurent la capacité thermique, la conductivité thermique, la dilatation thermique, la fusibilité et la soudabilité. Ses principales caractéristiques sont brièvement décrites ci-dessous.

1. Capacité thermique

C'est la propriété qui indique à quel point il est facile qu'un matériau donné absorbe la chaleur. Mathématiquement, la capacité thermique C est définie comme le taux de changement de chaleur qui en ce qui concerne la température T:

C = dq / dt

L'unité de mesure de C dans le système international d'unités s'il s'agit du Joule / Kelvin ou J / K, mais le Joule / Grade Celsius ou J / Cº est également utilisé.

Défini de cette manière, la capacité thermique est une propriété de l'objet et non du matériau, mais si la masse est incluse et que la capacité thermique par unité de masse est définie, il y a une propriété du matériau appelé chaleur spécifique o Capacité calorique spécifique.

La chaleur spécifique dans les unités SI est la quantité de chaleur dans Joules qui est nécessaire pour augmenter la température de 1 kg de substance dans 1 Kelvin. Il est désigné avec la lettre «C» minuscule, pour la distinguer de C:

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C = dq / m ∙ dt

Les autres unités C fréquemment utilisées sont J / mol. K et J / kg. Cº. De la même manière, les calories et BTU sont largement utilisés, d'autres unités pour mesurer l'énergie calorique. La chaleur spécifique dans les gaz est mesurée, soit à un volume constant, soit à une pression constante.

Chaleur d'eau spécifique

La chaleur spécifique de la pression atmosphérique et de la température de 25 ° C est de 4190 J / kg. Cº, tandis que pour un métal fréquemment utilisé comme le fer, il est de 460 J / kg. Cº. La chaleur spécifique de l'eau est plus élevée que celle de la plupart des substances, il a donc une plus grande capacité d'absorber la chaleur ou de l'abandonner, donc l'eau est largement utilisée dans les systèmes de refroidissement.

Effet modérateur du climat

La chaleur spécifique élevée de l'eau génère un effet climatique modérateur dans les régions côtières, évitant les changements de température très accentués.

2. Conductivité thermique

Cette propriété indique l'aptitude d'une substance pour transporter la chaleur, sa résistivité thermique réciproque, qui est la résistance à la laisse passer la chaleur.

Il a été observé que l'écoulement d'énergie par unité de surface et d'unité de temps est proportionnel au gradient ou à la variation de la température dans la direction du flux.

La constante de proportionnalité est précisément la conductivité thermique et, en unités du système international, elle est mesurée en w / (m / k).

Conductivité thermique des métaux

Tout le monde a déjà observé à quel point les objets métalliques sont faciles et aussi comment à température ambiante, ils semblent plus froids qu'un papier ou un morceau de bois.

Il arrive que les atomes métalliques ont des électrons libres dans les couches les plus externes, peu liées au noyau.

Ces électrons peuvent facilement se déplacer dans le matériau, profitant de l'énergie thermique. C'est pourquoi les métaux ont des conductivités thermiques élevées, et de la même manière, pour la même raison, ce sont de bons conducteurs d'électricité.

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D'un autre côté, les gaz tels que l'air, la céramique, les plastiques et le bois sont de mauvais conducteurs de chaleur, manquant d'électrons libres. Par conséquent, ce sont de bons isolateurs thermiques.

En dépit. Il est suivi de métaux tels que l'argent et le cuivre, avec 429 et 398 W / (m / k) respectivement.

3. Dilatation thermique

Presque toutes les substances se développent lorsqu'ils chauffent et se contractent lors du refroidissement. Dans les solides, il existe des forces parmi les atomes qui maintiennent la cohésion, qui peut être imaginée comme des ressorts qui se connectent aux atomes.

À l'intérieur du matériau, les atomes ne sont pas encore, mais en vibration constante autour d'une position d'équilibre. En augmentant la température, l'amplitude de cette vibration devient plus élevée.

Maintenant, il arrive que ces ressorts imaginaires qui unissent les atomes s'étendent plus facilement qu'ils ne peuvent obtenir. Par conséquent, la distance moyenne entre les atomes a augmenté avec la température, et le matériau finit par se développer.

Dans une tige fine faite d'un certain matériau, la variation de sa longueur lorsqu'elle est chauffée, appelée ΔL, est proportionnelle à la longueur initiale de la tige L_soit et pour changer de température ΔT. La constante de proportionnalité est le coefficient d'extension linéaire α, dont les unités sont de température inverse et sont caractéristiques de la substance:

Δl = α ∙ l_soit∙ Δt

De même, une dilatation thermique de surface peut être définie, comme celle subie par une feuille mince, et une dilatation thermique volumétrique, qui connaît un objet à trois dimensions.

Exemples de dilatation thermique

Lorsqu'une rue est payée ou que les pavés sont placés sur le trottoir, un espace se retrouve entre les peintures, de sorte que lorsqu'il se réchauffe le soleil pendant l'été, ils ont de l'espace pour l'expansion, sans crépitement.

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De plus, une stratégie pour ouvrir une bouteille avec le couvercle très serré est de le chauffer un peu en l'immergeant dans de l'eau chaude. De cette façon, le couvercle se développe et il est plus facile de le dévisser après.

4. Fusibilité

Il y a des substances qui fusionnent lors du chauffage, comme les métaux, les plastiques et le verre. En fait, toutes les substances, dans une plus grande ou moindre mesure, sont des fusibles, c'est-à-dire qu'ils peuvent faire fondre ou fondre. La facilité avec laquelle cela est réalisé s'appelle Just Fuse, mais en définissant cette caractéristique, ce qui est recherché sont des matériaux appropriés pour obtenir des pièces saines.

En ce sens, des matériaux tels que le bronze et le laiton conviennent à cette tâche, car avec eux, une bonne fluidité est obtenue et les moules sont bien copiés.

D'un autre côté, l'alliage utilisé dans le soudage doit avoir une forte fussibilité (basse température de fusion) par rapport aux matériaux à souder.

Les alliages en étain et en plomb sont bons pour rejoindre des pièces par le soudage doux, dans lequel l'alliage est fondu, ce qui, lors du refroidissement, acquiert une bonne résistance. De cette façon, vous pouvez souder des pièces pour les moteurs, les jouets, les câbles, les circuits et plus encore.

5. Soudabilité

C'est la capacité des morceaux du même matériau, ou de différents matériaux, à s'adhérer les uns aux autres, par le chauffage et la compression. Cela peut être fait en chauffant les pièces directement jusqu'à ce qu'ils atteignent la température de fusion ou en utilisant un matériau intermédiaire qui permet l'adhésion.

Le but est d'obtenir des pièces soudées pour maintenir leur intégrité, sans présenter de fissures, de tensions ou de déformations qui affectent le fonctionnement de la pièce soudée.

Les métaux comme le fer ont une bonne soudabilité, ainsi que de l'acier à faible teneur en carbone. Au lieu de cela, les métaux et les alliages qui fondent rapidement ne sont pas soudables, c'est-à-dire sans passer par une période plastique. Le bronze, par exemple, est un alliage à base d'étain avec d'autres minéraux, qui est normalement difficile à souder.