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thermodynamique et machines thermiques (PT) · Chapitre 6 · Application directe du cours

Mesurer la conductivité d'un isolant : la plaque chaude gardée

Diffusion thermique · niveau 2

Énoncé

Pour mesurer la conductivité d'un panneau isolant, on place une plaque chauffante plane entre deux éprouvettes identiques d'épaisseur ; leurs faces externes sont appuyées sur deux plaques froides régulées à la même température. La plaque chauffante comporte une zone centrale de mesure, de , entourée d'un anneau de garde chauffé séparément et maintenu à la même température qu'elle. En régime stationnaire, la zone centrale reçoit (à ), et l'on mesure un écart (à ) entre les faces de chaque éprouvette ; l'épaisseur est connue à (mesures construites pour l'exercice).

  • Pourquoi deux éprouvettes ? À quoi sert l'anneau de garde ?
  • En déduire et son incertitude.
  • Le polystyrène expansé a pour diffusivité : combien de temps attendre le régime stationnaire ?

Corrigé

1. Le montage est symétrique : la puissance de la zone centrale se partage également entre les deux éprouvettes, chacune, et rien ne part ailleurs. L'anneau de garde, à la même température que la zone de mesure, supprime tout écart de température latéral au bord de cette zone : aucun flux ne s'en échappe latéralement, et le flux qui traverse l'éprouvette sous la zone centrale est unidimensionnel, perpendiculaire aux faces. C'est ce qui autorise la relation du mur plan , avec .

2. , la conductivité d'une laine minérale ou d'un polystyrène. Les incertitudes relatives, indépendantes, se composent : , soit ; la mesure de domine : c'est elle qu'il faut soigner (thermocouples étalonnés, montés en différentiel).

3. , une quarantaine de minutes : en pratique, on attend plusieurs fois ce temps (une à quelques heures) et l'on vérifie que et ne varient plus.

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