Qu'est-ce que la diffusivité thermique ?
La diffusivité thermique (\(\alpha\)) mesure la vitesse à laquelle la chaleur se propage dans un matériau par rapport à sa capacité à la stocker. Une diffusivité élevée signifie que la chaleur se déplace rapidement et que le matériau atteint vite son équilibre thermique ; une valeur faible indique au contraire une conduction lente. C'est une propriété essentielle pour l'analyse des transferts thermiques en régime transitoire, la fonderie, le refroidissement de l'électronique et la physique du bâtiment. Son unité dans le Système international (SI) est le mètre carré par seconde (m²/s).
Comment utiliser ce calculateur
Saisissez trois propriétés du matériau : la conductivité thermique k en W/m·K, la masse volumique ρ en kg/m³ et la capacité thermique massique cp en J/kg·K. Le calculateur fournit la diffusivité thermique en m²/s et, pour plus de commodité, en mm²/s (il suffit de multiplier la valeur en m²/s par 1 000 000).
La formule expliquée
L'équation de définition est la suivante :
$$\alpha = \frac{\text{Conductivité thermique } k}{\text{Masse volumique } \rho \cdot \text{Capacité thermique massique } c_p}$$Ici, \(k\) indique avec quelle facilité un matériau conduit la chaleur, tandis que le produit \(\rho \cdot c_p\) représente la capacité thermique volumique — soit la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré une unité de volume. En divisant la capacité de conduction par la capacité de stockage de la chaleur, on obtient la vitesse à laquelle se propage une variation de température.
Exemple concret
Pour l'aluminium pur : \(k = 237\) W/m·K, \(\rho = 2700\) kg/m³, \(c_p = 900\) J/kg·K.
$$\alpha = \frac{237}{2700 \times 900} = \frac{237}{2\,430\,000} \approx 0{,}00009753 \ \text{m}^2/\text{s}$$soit environ 97,53 mm²/s. Cette valeur élevée explique pourquoi l'aluminium chauffe et refroidit aussi rapidement.
FAQ
Quelles unités dois-je utiliser ? Utilisez des unités SI cohérentes (W/m·K, kg/m³, J/kg·K) pour obtenir \(\alpha\) en m²/s.
Quelle est la différence entre diffusivité et conductivité ? La conductivité (\(k\)) décrit le flux de chaleur en régime permanent ; la diffusivité (\(\alpha\)) décrit la vitesse à laquelle les variations de température se propagent en régime transitoire.
Pourquoi convertir en mm²/s ? Les tables de matériaux indiquent souvent \(\alpha\) en mm²/s, car les valeurs en m²/s sont très petites ; \(1 \ \text{m}^2/\text{s} = 1\,000\,000 \ \text{mm}^2/\text{s}\).
