T.P Virtuel Conduction Thermique dans les Solides

Conduction dans une barre composite

Dispositif expérimental

On utilise un module linéaire en laiton, muni de la section intermédiaire 10, en acier inoxydable.

Enduire les extrémités libres des sections 1, 4 et 10 d’une couche fine et uniforme de produit conducteur.

Emboîter correctement les manchons et serrer les brides d’assemblage. Le module comporte alors seulement 6 sondes de température, T1 à T3 et T7 à T9. Bien aligner ces sondes dans l’axe du module.

Consignes pour la réalisation du montage

Brancher la prise de l’élément chauffant du module linéaire sur la face avant de la console électrique.
Mettre l’interrupteur électrique mural sur ON.
Mettre l’interrupteur de la console électrique sur ON.
Tourner la commande de l’élément chauffant située sur la console électrique dans le sens inverse des aiguilles d’une montre pour l’amener en butée vers la gauche. La valeur affichée sur le wattmètre est alors égale à zéro.
Ouvrir le robinet d’alimentation en eau de refroidissement. Régler le débit à une valeur moyenne, constante au cours de l’expérience.

Mode d'emploi du T.P.

Mesures à réaliser

Régler la commande de chauffage du module de façon à ce que le flux thermique affiché soit égal à $\phi _{A} = 10w$ et déclencher le chronomètre.

Attendre que l’équilibre s’établisse (environ 30 minutes) puis relever les températures T1 à T3, T7 à T9.

Ramener la puissance de chauffage à zéro et mettre l’interrupteur de la console sur OFF.

T.P. rédigé par Anne Désert

Photos réalisées par Guillaume Isaac

Résultats

Remplir le tableau ci-dessous :

$\phi _{w}$

$T (min)$

$T_{1}$

$T_{2}$

$T_{3}$

$T_{4}$

$T_{5}$

$T_{6}$

$T_{7}$

$T_{8}$

$T_{9}$

$\frac{dT}{dX}$

$\lambda$

$\bar{T}$

Essai A

Tracer les variations de température T dans les trois sections en fonction de la distance x à l’élément chauffant.

Déterminer graphiquement les températures THI à l’interface entre le section 1 chauffée et la section 10 en inox, et TBI à l’interface entre la section 10 en inox et la section 4 refroidie.

Calculer le gradient de température $\frac{dT}{dX}$ dans l’inox. En déduire la conductivité thermique de l’inox $\lambda$ ’ dans le domaine (THI,TBI). On admettra que la valeur obtenue pour $\lambda$ ’ correspond à une température $\bar{T}=\frac{T_{HI}+ T_{BI}}{2}$ .

Calculer la résistance thermique $\Re _{inox}$ de la section 10. La comparer à la résistance thermique $\Re _{laiton}$ de la section 7, de même longueur et même diamètre. Conclusion.