Qu’est-ce que le coefficient de dilatation thermique des matériaux – Définition

Les propriétés thermiques des matériaux font référence à la réponse des matériaux aux changements de leur température et à l’application de chaleur. Lorsqu’un solide absorbe de l’énergie sous forme de chaleur, sa température augmente et ses dimensions augmentent. Mais différents matériaux réagissent différemment à l’application de chaleur.

La capacité calorifique, la dilatation thermique et la conductivité thermique sont des propriétés qui sont souvent critiques dans l’utilisation pratique des solides.

Coefficient de dilatation thermique des matériaux

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température. La dilatation thermique est courante pour les solides, les liquides et les gaz. Contrairement aux gaz ou aux liquides, les matériaux solides ont tendance à conserver leur forme lorsqu’ils subissent une dilatation thermique. Un coefficient de dilatation linéaire est généralement utilisé pour décrire la dilatation d’un solide, tandis qu’un coefficient de dilatation volumique est plus utile pour un liquide ou un gaz.

Le coefficient de dilatation thermique linéaire est défini comme suit:

où L est une mesure de longueur particulière et dL/dT est le taux de changement de cette dimension linéaire par unité de changement de température.

Le coefficient de dilatation thermique volumétrique est le coefficient de dilatation thermique le plus élémentaire et le plus pertinent pour les fluides. En général, les substances se dilatent ou se contractent lorsque leur température change, la dilatation ou la contraction se produisant dans toutes les directions.

Le coefficient de dilatation thermique volumétrique est défini comme suit:

où L est le volume du matériau et dV/dT est le taux de variation de ce volume par unité de changement de température.

Dans un solide ou un liquide, il existe un équilibre dynamique entre les forces de cohésion qui maintiennent les atomes ou les molécules ensemble et les conditions créées par la température. Par conséquent, des températures plus élevées impliquent une plus grande distance entre les atomes. Différents matériaux ont des forces de liaison différentes et donc des coefficients de dilatation différents. Si un solide cristallin est isométrique (a la même configuration structurelle partout), l’expansion sera uniforme dans toutes les dimensions du cristal. Pour ces matériaux, la surface et le coefficient de dilatation thermique volumétrique sont, respectivement, environ deux fois et trois fois plus grands que le coefficient de dilatation thermique linéaire (α_V = 3α_L). S’il n’est pas isométrique, il peut y avoir différents coefficients de dilatation pour différentes directions cristallographiques, et le cristal changera de forme à mesure que la température change.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir au dessus:

Propriétés thermiques