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Propriétés thermiques de nos matériaux

Construction et utilisation du four à pain. C'est ici que vous pouvez poser vos questions. Vous y trouverez aussi des liens vers des sites concernant la construction de fours à pain,ainsi que les photos de construction des fours des membres du forum

Propriétés thermiques de nos matériaux

Messagede Gérard » Jeu Mar 05, 2009 06:32

Y'a longtemps que je voulais publier ici le résultat de quelques recherches que j'ai faites sur Internet pour comparer nos matériaux de construction : leur Capacité à atrouducumuler la chaleur, leur rapidité ou leur lenteur à restituer cette chaleur accumulée, leur pouvoir isolant...
Voici donc un tableau récapitulatif pour nos matériaux et quelques autres (histoire de se faire une idée de où ils se situent dans la grande panoplie des corps et matériaux aussi divers et variés que l'eau et les métaux).
Pour certains matériaux j'ai dû faire une moyenne raisonnable de valeurs bien étrangement différentes selon les sources ou me livrer à de savantes conversions d'unités!!!!
Bien entendu, si au hasard de vos recherches vous trouvez des valeurs qui vous font penser que ce tableau contient des erreurs, je vous en prie, signalez-les moi !!! Merci !!!
Enfin bref... comme disait Pépin... Voici :
Image
Image
J'ai converti ce tableau en une image JPG mais impossible de la transférer sur ImageShack, l'hôte intermédiaire que j'ai tjrs utilisé pour mes images sur ce forum!! Je réessayerai autrement plus tard.
Gérard...

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Messagede françois » Jeu Mar 05, 2009 10:16

Bonjour
Merci pour ces données mais pour des néophites que nous sommes, pourrais tu y ajouter un lexique expliquant les termes utilisés comme effusivité ...
Merci
François.

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Messagede Gérard » Jeu Mar 05, 2009 11:58

Oui, François, j'y ai bien pensé !!! Mais j'ai terminé le boulot tard dans la nuit et ai remis ça à plus tard... mais j'vas l'faire !!! ... dans la matinée.
Moi aussi ch'suis un néophyte complet !!! Je trouvais dommage de ne pas vous faire bénéficier de ma curiosité maladive.

Propriétés, unités de mesure, symboles, correspondance des unités :
Ces considérations, un peu rébarbatives au départ, vont vous permettre de comprendre les tableaux de valeurs que l'on trouve sur Internet et de faire les conversions et d'établir des correspondances entre les unités utilisées dans des tableaux exprimant les mêmes choses dans des unités différentes.
Unités
Unités de temps :

Heure, seconde : symboles : h, s
Unité de longueur, surface, volume
mètre, mètre carré, mètre cube : symboles : m, m², m3
Unités de masse
gramme, kilogramme, tonne : symboles : g, kg, t
Unité de force et de poids
gramme-force, kilogramme-force, tonne-force : symboles : gf, kgf, tf
Newton : symbole : N
Unités de travail, énergie, chaleur
Joule, kilojoule : symboles : j, kj
Watt.heure, Kilowatt.heure, Watt.seconde : symboles Wh, kWh, Ws
Calorie, kilocalorie : symboles : cal, kcal
Unités de puissance
Watt, Joule par seconde : symboles : W, j/s
Conversions d'Unités
1 Newton = 0,10197 kgf
1 kgf = 9,80665 Newton
1 joule = 1 Newton.mètre
1 calorie = 4,184 joules
1 joule = 0,2388 calories
1 W = 1 joule/seconde
1 j = 1 Ws
1 kj = 1000 Ws = 1000 Wh/3600 = 0,2778 Wh
1 kj = 0,2778 Wh
1j = 2,778 * 10-4 Wh
1 Wh = 3,6 kj
1 kWh = 3600 000 j
1 Wh/m3.°C = (Masse volumique*10 000/2,778).( j/kg.°C)

Les propriétés des matériaux qui intéressent les constructeurs de four
- La capacité thermique (accumulation de chaleur)
- La résistance thermique ou au contraire la conductivité thermique (isolation)
- L'effusivité (capacité à accumuler ou restituer rapidement la chaleur)
On commence avec des propriétés courantes s'exprimant dans des unités simples... Ensuite, ça va se compliquer un peu. Mais ne vous effrayez pas : Les unités apparemment complexes s'expriment sous forme d'un rapport d'unités, un peu comme la vitesse s'exprime en km/h :
Quand l'unité est au-dessus du trait de division, elle est favorable : Plus y'a d'kilomètres, plus ça va vite...
Quand l'unité est au-dessous du trait de division, elle est défavorable : Plus y'a d'heures, moins ça va vite!!
Exemple : 18km/2h, c'est plus vite que 2km/18h
Masse et poids : On les confond souvent. La masse exprime une quantité de matière, le poids exprime la force de l'attraction terrestre sur cette masse au niveau de la mer.
1 litre d'eau (Capacité) occupe 1dm3 (Volume), a une masse d'1kg (Masse) et pèse 1kgp (Poids) ou 1kgf (Force d'attraction).
Les unités de masse les plus courantes sont le gramme (g), le kilogramme (kg) et la tonne (t).
Masse volumique : (Symbole : lettre grecque "ro"). Un matériaux "lourd" aura une forte masse dans un petit volume, un matériaux "léger" aura une faible masse dans un grand volume.
Les unités de masse volumique les plus courantes sont le kg/dm3 et la t/m3.
L'eau a une masse volumique de 1 (1 kg/dm3, ou 1 t/m3).
Densité : La densité d'un matériau est le rapport entre sa masse volumique et celle de l'eau.
Chaleur, travail, énergie : Ces trois notions sont physiquement équivalentes. Elles expriment l'énergie, le travail qu'il faut fournir, par exemple, pour soulever de 5 mètres une masse de 3 kilogrammes, pour élever de 10° une masse d'eau de 10kg, etc.
Les unités de travail les plus courantes sont le mètre.kilogramme (kgm), le watt.heure (Wh), le joule (j), la calorie (cal), la kilocalorie (kcal).
Que viennent faire les heures là-dedans ? Le watt est en réalité une unité de Puissance. Tout le monde sait qu'un moteur de 1000 W est deux fois plus puissant qu'un moteur de 500 W!! Cela signifie que le premier est capable de fournir deux fois plus de travail que le second dans un temps donné.
Le premier, en 2h, fournira : 1000 W * 2h = 2000Wh.
Le second mettra deux fois plus de temps pour fournir le même travail : 500 W * 4h = 2000Wh.
Chaleur spécifique : C'est l'aptitude d'un matériaux à accumuler de la chaleur par unité de masse, c'est pourquoi on l'appelle parfois Chaleur massique ou Capacité thermique massique.
L'unité la plus courante est le j/kg.°C, Mais on trouve aussi le Wh/kg.°C, le kj/kg.°C, la kcal/kg.°C
Capacité thermique : (Symbole : C). = Chaleur spécifique * masse volumique. C'est l'aptitude d'un matériaux à accumuler de la chaleur par unité de volume.
L'unité la plus courante est le Wh/m3.°C. Mais on trouve aussi le j/m3.°C, le kj/m3.°C. Ces unités expriment la quantité de chaleur qu'il faut fournir à 1m3 d'un certain matériaux pour élever sa T° de 1° Kelvin ou Celsius.
Nota : Attention !! Sur de nombreux sites Internet, on confond "Chaleur spécifique" et "Capacité thermique"
Conductivité thermique : (Symbole : λ). C'est la capacité à transmettre la chaleur. Plus un matériau est isolant et plus est faible son λ Cette propriété concerne évidemment au premier chef les matériaux isolants!!!
L'unité la plus courante est le W/m.K°. Elle exprime la puissance du transfert calorique au travers d'un matériau par mètre d'épaisseur et pour K° Kelvin de différence de T° entre les deux parois.
Résistance thermique : (Symbole : R). C'est la propriété essentielle des matériaux isolants, leur capacité à ne pas se laisser traverser par un flux de chaleur. Elle proportionnelle à l'épaisseur "e" du matériau et inversement proportionnelle à sa conductivité: R = e / λ et s'exprime en K°.m2/W
Coefficient de transmission thermique : (Symbole U). Propriété inverse de la précédente, elle s'exprime en W/m²K.
U = 1 / R = λ / e
Diffusivité : (Symbole : d) = λ / C = Conductivité thermique / Capacité thermique
L'unité la plus courante est le m²/h… (même si on trouve souvent des m3/h, ce qui est un non sens d'après la formule de correspondance ci-dessus!!!!).
Cette propriété indique la vitesse avec laquelle un flux de chaleur va traverser le matériau par conduction.
Effusivité : (Symbole : Ef) Voilà une propriété qui intéresse les constructeurs de four !!! C'est la capacité d'un matériau à accumuler ou restituer rapidement la chaleur.
L'unité la plus courante est le j/m².s.°C
J'ai trouvé un site qui donnait l'effusivité en W/m².s².°C et ajoutait que c'est la racine carrée de λ * C. Ni l'une ni l'autre de ces deux formules ne semble avoir de sens!!!
Gérard...

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Messagede françois » Ven Mar 06, 2009 11:35

Bonjour
Si j'interprete correctement ton tableau :
- la brique et des performances trés moyennes (mais doit etre un bon compromis compte tenu de sa capacité à tenir la chaleur)
- le sable gagnerait à etre remplacé par une bonne couche de béton qui est 4 fois moins isolant, peut absorber plus vite la chaleur et peut absorber 2,5 fois plus de chaleur.
A débattre
François.

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Messagede Gérard » Ven Mar 06, 2009 16:14

Hé bin, oui, François, ton interprétation est des plus justes !!!!
Merci de m'avoir fait comprendre que tout ce boulot, hyper fastidieux et stressant par peur de divulguer des erreurs, aura été utile à qqch. ou à qqn. !!! Et le sera encore de nombreuses fois, j'espère !!!
Hé !!! C'est qui qu'a eu la géniale idée de transformer mon tableau de texte si merdique et si peu lisible en une magnifique image ???
Ah !!! Bin, mais... c'est Jean !!! Merci, Jean !!!! Quelle efficacité !!! Quelle réactivité !!!
Gérard...

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Messagede onfô74 » Ven Mar 06, 2009 19:35

Bonsoir,
Très intéressant ton tableau Gérard
On se rend compte aussi que l'alumine dans les briques augmente considérablement les capacités thermiques de celles-ci à la vue des différents coefficients. Reste ensuite à ne pas confondre un four à pain d'un four verrier, là, c'est le taux de cette alumine qui intervient..
A+
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Messagede Jipé » Lun Mar 09, 2009 18:34

Bonjour Gérard,
Bravo pour ce topo.
tu as dit :
Effusivité : C'est la capacité d'un matériau à accumuler ou restituer rapidement la chaleur.

Cette définition me gène un peu.
C'est plus à mon sens la capacité à recevoir ou à transmettre l'énergie thermique avec un autre matériau suivant l'effusivité propre de cet autre matériau et uniquement au niveau des surfaces de contact.
Qu'en penses-tu?
Jipé
L'important ce n'est pas de réaliser un travail satisfaisant, mais d'être satisfait du travail que l'on a réalisé.   <a href="http://four-de-jipe.spaces.live.com" target="_blank"><b><span style="color: #3366FF;">Lien Blog Four de Jipé</span></b></a>
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Messagede Gérard » Mar Mar 10, 2009 03:22

Ave Jipé !!!
Pour répondre complètement à ta question, il faut que je retrouve une formule de calcul que j'ai trouvée sur Internet et notée quelque part dans mes tablettes concernant ce phénomène de transmission de la chaleur d'un corps à un autre.
Si ma mémoire est bonne, la formule de calcul fait intervenir la capacité thermique et l'effusivité de chacun des deux corps en contact.
Je te repréciserai ça quand j'aurai les idées plus claires. Pour l'instant je viens de me farcir 800 bornes au volant de mon automobile préférée... alors... comme dit l'poète: "J'vais t'dire... ch'te dis pas !!!"


Quelques heures plus tard..............
Jipé, j'ai tapé sur Gougoule "effusivité" et je suis tombé sur un article de wikipédia qui m'a semblé très explicite.
En fait, en gros, en fête....
L'effusivité se ressent au niveau des T° d'échange entre deux corps d'effusivité différentes.
Exemples: la surface d'un objet en acier à 20° paraît plus froide sous la main (qui est, elle, à 37°) que celle d'un objet en bois à la même T°, simplement parce que l'acier est beaucoup plus effusif que le bois.... et que la peau humaine dont l'effusivité est proche de celle de l'eau.

Gérard.
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Messagede onfô74 » Mar Mar 10, 2009 21:16

Bonsoir Gérard,
En "fête", ton tableau, c'est Google....
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Messagede Gérard » Mer Mar 11, 2009 12:35

Bin.... Evidemment, tiens !!!
Je n'ai rien inventé !!!
N'empêche que, Gougoule ou pas, les multiples informations sur le sujet que l'on trouve sur Internet sont parfois entachées d'erreur et de contradiction et qu'il faut être 'hach'ment vigilant dans ce qu'on raconte !!!
J'espère humblement l'avoir été à la mesure de l'importance du sujet. Si quelques erreurs subsistaient encore dans les infos que je vous ai transmises, je vous demande votre indulgence à priori et de me les signaler.
Amicalement t'à tous. Gérard.
Gérard...

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Messagede bob1947 » Sam Mar 14, 2009 12:47

gerard la densite du sable 0.4 sec et de 1500 a + BOB1947 Image
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Messagede Gérard » Dim Mar 15, 2009 19:18

Hé Bob,
O,4... C'est la granulométrie ???
Gérard...

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Messagede bob1947 » Lun Mar 16, 2009 20:57

oui gerard c est la granulometrie
sable 0.4 silico calcaire densite 1460
a+ bob1947
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Messagede Gérard » Mer Mar 18, 2009 02:35

Bob, veux-tu me donner tes sources d'information ? Ce qui serait intéressant, c'est d'avoir les autres caractéristiques de ce sable:
Capacité thermique
Conductivité
Effusivité
Diffusivité
Pour pouvoir comparer 'ec les zot' matériaux
Gérard.
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Messagede Jipé » Jeu Mar 19, 2009 12:58

Désolé de devoir encore apporter quelques précision, mais je pense qu'il y a quelques confusions.
Le sable couramment employé en maçonnerie ou en TP est soit du sable roulé (sable de rivière en général à grain rond) ou du sable concassé ou broyé (sable de carrière) qui contient des éléments compris entre 0 et 4 mm, d'où la désignation sable 0/4 (et non pas 0.4 ou 0,4).
En ce qui concerne la densité du sable, elle varie en fonction de ses caractéristiques propres. En plus il faudrait préciser si l'on parle de densité absolue, réelle ou de densité apparente. Dans notre cas c'est la densité apparente qui nous intéresse. Ce qui correspond à la masse volumique d'un mètre cube de sable pris en tas comprenant les vides entre les grains et à l'intérieur des grains. Elle dépend donc également de sa granulométrie. Un sable 0/1 (sable fin) aura une masse volumique apparente plus élevée qu'un sable 0/4, car il y aura plus de vide entre ses grains. D'autre part le taux d'humidité à une influence considérable sur la masse volumique du sable. Pour pouvoir comparer, il faut donc toujours raisonner en matériau sec. Enfin la densité n'a pas d'unité de mesure car comme l'a précisé Gérard, c'est un rapport sur la masse volumique de l'eau. Il vaut donc mieux utiliser le terme de masse volumique exprimée en kg/m3 (un sable de masse volumique de 1500 kg/m3 aura donc une densité de 1500/1000=1,5 et non pas 1500 comme le dit bob1947). C'est pour toutes ces raisons que l'on trouve différentes valeurs de densité pour un même matériau.
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