TPE : Caloduc
Le matériau enveloppe : un paramètre indispensable
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Pour choisir le meilleur matériau enveloppe du caloduc, nous devons prendre en compte la conductivité thermique de ce matériau. C'est pour cela que nous avons testé 3 matériaux afin de les comparer.
Quel est le meilleur matériau conducteur ?
Nous avons réalisé une expérience de 16 minutes sur la maquette décrite auparavant, testant la capacité de transfert d'énergie de différents barreaux : en l'aluminium, en acier et en cuivre.
Suivant le protocole, nous avons testé un à un chaque barreau.
Ci-dessous les résultats de nos mesures :
On distingue 3 périodes :
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De T0 à T15 secondes : les 3 barreaux restent à la température de la zone froide (20°C).
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De T15 secondes à T120 secondes : on observe une élévation de température de la barre de cuivre d' environ 25°C. L’aluminium quant à lui atteint 24°C, alors que l’acier reste à 20°C.
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De T120 secondes à T960 secondes : les températures des barreaux en cuivre et en aluminium ont atteint respectivement 45°C et 40°C. Cependant, la température du barreau d’acier s’élève difficilement à 23°C
Nous pouvons constater que le cuivre atteint 45°C en fin d'expérience, soit 5°C de plus que l'aluminium et 22°C de plus que l'acier.
On peut ainsi en conclure que le cuivre est le meilleur conducteur de chaleur, suivi de près par l'aluminium. L'acier reste un très mauvais conducteur de chaleur. Ainsi, cette expérience justifie l'utilisation du cuivre en tant que matériau enveloppe du caloduc.
L'expérience révèle d'ailleurs une bonne corrélation entre les mesures réalisées et les données scientifiques de conductivité thermique des matériaux utilisés, soit la capacité du matériau à conduire la chaleur :
Ces valeurs sont issues de la Loi de Fourier, reliant le flux de chaleur au gradient de température correspondant à la source chaude et source froide. D'après cette loi, on peut déterminer la conductivité d'un matériau. Elle s'exprime en W/m/K où le flux de chaleur est en Watt, la surface de contact entre les deux corps est en Mètre et le gradient de température s'exprime en Kelvin.
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Cuivre : 390 W/m/K
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Aluminium : 200 W/m/K
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Acier : 15 W/m/K
