Conductivité thermique

“ D'une manière générale, un échangeur thermique est composé de deux capacités distinctes séparées l'une de l'autre par une cloison conductrice de la chaleur, de forme plus ou moins complexe, souvent tubulaire, à l'effet d'offrir au passage de la chaleur une étendue aussi grande que possible et d'activer la convexion. Dans ces capacités passent ou séjournent des fluides à des températures différentes. La capacité réservée au fluide chauffant est appelée le primaire de l'échangeur, l'autre est le secondaire. ”

“ L’énergie potentielle de cohésion du liquide dépend de la température. Elle dépend même d’elle seule lorsque le liquide est en équilibre avec sa vapeur saturante : les molécules sont, en effet, maintenues à la densité élevée de la phase liquide par les attractions de cohésion elles-mêmes, et seule l’agitation thermique maintient une valeur non nulle à l’énergie potentielle correspondante. ”

“ Alors le régime naturel d’aération que nous venons de décrire — régime que l’on peut appeler thermique comme étant engendré par les différences de température, et qui aurait pour effet d’engendrer et de maintenir une ventilation plus ou moins active de l’extrémité plus basse à celle plus élevée — peut être complètement troublé. ”

“ Conductibilité thermique. - Les propriétés thermiques des matériaux qui sont, eux aussi, sous la dépendance de la porosité et de la perméabilité à l'air, la conductibilité étant d'autant plus faible que les espaces lacunaires sont plus grands, ont une grande importance tant au point de vue du confort de l'habitation, du bien-être de ceux qui y vivent qu'au point de vue économique. Avec des matériaux d'une faible conductibilité il sera bien plus facile et bien moins coûteux d'entretenir la température voulue dans l'intérieur d'une habitation. ”

“ Par le fait de la compression ou accroissement de tension du milieu gazeux et de son augmentation de densité, une partie de l'énergie latente ou de tension des molécules est transformée en énergie thermique dans l'état d'équilibre statique correspondant. L'énergie active ainsi développée vient en déduction de la quantité de chaleur nécessaire, d'une part, pour relever la température, d'autre part, pour permettre la transformation d'une partie du liquide en vapeur, de manière à mettre la densité du milieu en rapport avec son nouveau degré de saturation. ”

“ La partie variable de l’énergie interne du fluide comporte alors seulement l’énergie thermique d’agitation moléculaire et l’énergie de cohésion liée aux attractions mutuelles des molécules.
L’énergie thermique ne se réduit pas à la seule énergie cinétique de translation des molécules comme dans le cas du gaz parfait théorique constitué de points matériels au sens de la mécanique rationnelle. ”

“ Énergie thermique et énergie de cohésion. — L’énergie interne du fluide reprend sa valeur initiale à la fin du cycle fermé. Elle n’intervient donc pas dans la détermination de l’effet global de l’évolution. Mais, si l’on veut étudier les diverses phases de cette évolution, il faut savoir évaluer les variations corrélatives de l’énergie interne.
Considérons le cas d’un fluide que nous appellerons stable dont les molécules restent constamment identiques à elles-mêmes. ”

“ L'accroissement d'énergie de translation des molécules, transformé en énergie thermique, donne lieu à une élévation de température du corps conducteur. Nous devons nous borner, pour le moment, à la constatation de ces caractères généraux du courant de conduction, dont l'étude analytique appartient au domaine de l'Électrodyna-mique.
Les résistances d'un diélectrique à l'avancement d'une ondulation pénétrant dans son intérieur sont de tout autre nature. ”

“ Symétriquement sont « moteurs » ou « négatifs » les changements thermiques (refroidissements, congélations, absorptions de radiation, etc.) qui enrichissent l’extérieur comme peut faire un abaissement de poids, étant capables, par exemple, de déterminer l’échauffement d’un corps « froid ».
23. Équivalence des enchaînements entre changements thermiques. — Un changement thermique a été défini comme pouvant être la cause ou l’effet d’un autre changement thermique, rien d’autre ne se passant. ”

“ Si le gaz est suffisamment éloigné de son point de condensation, les molécules semblent ne plus exercer d'action les unes sur les autres ; la relation entre le volume, la pression et la température du milieu, sous l'influence des pressions extérieures et de l'action de la chaleur, est réglée par la seule condition mécanique d'une exacte compensation entre l'énergie de translation thermique des molécules et le travail développé par la résistance élastique de l'enveloppe. ”

“ Tout conducteur traversé par un courant s'échauffe.
L'énergie thermique ainsi apportée au conducteur correspond à une dépense ' équivalente d'énergie électrique. Quand un joule de chaleur apparaît, c'est qu'un joule d'énergie électrique a disparu. ”

“ La .production de chaleur par le courant, c'est-à-dire la transformation forcée d'énergie électrique en énergie thermique s'explique facilement par le rapprochement de la théorie électronique de l'électricité et de la théorie cinétique de la chaleur. En effet, nous savons que le courant consisterait d'après ces théories en une inflexion des mouvements d'oscillation thermique des électrons libres sous l'action du champ électrique. ”

“ L'équipement thermique
17. — L'énergie thermique. — Les moteurs thermiques sont actionnés : — soit par la force d'expansion de la vapeur d'eau (machines à vapeur) ; — soit par l'explosion de gaz ou du pétrole (moteurs à explosion) . En outre, il existe des accumulateurs thermiques ou de vapeur (types Rateau, Ruths, etc.) .
Section première
Machines à vapeur
18. — Chaudière. — La vapeur est produite par le chauffage de l'eau dans une chaudière (dite générateur de vapeur) , récipient rempli d'eau partiellement et chauffé par un combustible (charbon, bois, etc.) . ”

“ Lorsqu'on doit transporter la chaleur à distance, dans des conduits ou des tuyaux, par un courant d'air chaud, d'eau chaude ou de vapeur, il importe, pour réduire, dans le transport, les pertes de chaleur qui tendent toujours à se produire, sous l'action refroidissante du milieu ambiant, d'entourer ces tuyaux d'une enveloppe de corps mauvais conducteur de la chaleur. ”

“ La transmission par conductibilité ou par conduction s'opère, comme nous l'avons dit, généralement dans les corps solides ; lorsque les diverses parties se trouvent à des températures différentes, la chaleur se transmet de la plus chaude à la plus froide par vibration directe de molécule à molécule.
La vitesse de propagation de la chaleur dépend de la nature du corps et de la différence de température. Certains corps transmettent rapidement la chaleur à travers leur masse, tels sont les métaux, on les appelle bons conducteurs ”

“ Au nombre des corps qui jouissent de la conductibilité la moins développée, nous devons placer le charbon ordinaire, le bois, la brique, les matières terreuses. L’air et les autres gaz sont mauvais conducteurs de la chaleur, et l’on attribue en partie à l’air emprisonné dans les fourrures et dans les substances filamenteuses que nous employons pour faire nos vêtements, la mauvaise conductibilité de ces corps pour la chaleur. ”

“ Il est évident qu'il y a intérêt, au contraire, à employer des corps mauvais conducteurs et épais, s'il s'agit de s'opposer à la transmission de la chaleur. Parmi tous les corps, les gaz, l'air, peuvent être avantageusement utilisés; mais ils doivent être placés dans des conditions telles qu'ils ne puissent se déplacer ou que, au moins, ils soient gênés dans leurs déplacements, sans quoi le phénomène de convection se produit et, amène rapidement la transmission de la chaleur. ”

“ L'énergie mécanique une fois produite peut être transportée de diverses façons : au moyen de liges rigides, comme dans les pompes d'épuisement de mines, au moyen de câbles, ou bien au moyen de fluide sous pression, air ou eau ; les applications de transport d'énergie sous l'orme de courant électrique se font de plus en plus nombreuses : enfin mentionnons le transport d'énergie sous forme de chaleur, au moyen de vapeur d'eau ou d'eau surchauffée. ”

“ La transmission de la chaleur par conductibilité est celle que l'on envisage principalement dans les applications usuelles. C'est grâce it la connaissance des coefficients de conductibilité, que l'on peut choisir, à bon escient, les matériaux de construction des habitations, lesquels doivent être mauvais conducteurs, et les métaux devant former les parois des appareils de chauffage qui doivent être bons conducteurs. ”

“ Pour empêcher la déperdition du calorique au travers des conduits destinés à transmettre la chaleur au loin, on les construit et on les entoure de matériaux mauvais conducteurs. Lorsque la surface est recouverte d'une couche de substance peu conductrice, le temps de refroidissement est en raison de l'épaisseur de la couche. Ce principe sert de fondement à la méthode d'envelopper les vases, ou de recouvrir les tuyaux à vapeur, de matières peu conductrices, pour s'opposer à la dispersion de la chaleur ”

“ L'effet inverse se produit dans le tuyau D. Si la vitesse est, à un moment quelconque, un peu plus faible, il passe moins de gaz chauds, la température s'abaisse, la force ascensionnelle diminue et par suite la vitesse, ce qui produit une nouvelle diminution du courant de gaz chauds, un nouvel abaissement de température et ainsi de suite. ”

“ On définira la résistance R d'un conducteur pour un
courant alternatif par le quotient de l'énergie calorifique réellement dépensée dans le conducteur par le carré de l'intensité efficace du courant. ”

“ La surface léchée par les gaz de la combustion ou surface de chauffe indirecte a un pouvoir de transmission moins élevé. On s'efforce de la développer le plus possible avec le minimum d'encombrement, de façon à bien absorber la chaleur des gaz. ”

“ Au début du chauffage, il y a bien un moment d'hésitation, jusqu'à ce que l'équilibre soit établi entre la température des conduits et celle du fluide qui 'vient les remplir; mais cette inégalité est de peu de durée; de proche en proche, la chaleur gagne les extrémités les plus éloignées du foyer, puis les circuits du retour, et enfin toutes les capacités remplies par le fluide qui sert de véhicule à la chaleur arrivent à une uniformité de température qui ne varie plus, sauf au foyer même, où un petit excès est indispensable pour entretenir le mouvement circulatoire. ”

“ La chaleur se traduisant en force électromotrice qui peut toujours se convertir en travail, on peut comparer la pile à un foyer où la combustion du zinc remplace celle du charbon, et qui peut produire un travail équivalent à la chaleur qui disparaît dans le circuit. Il y a donc connexité étroite entre l'électricité, la chaleur, les actions chimiques et le travail mécanique. ”

“ En prenant un fil suffisamment gros de manière à perdre dans le conducteur aussi peu que possible de l'énergie potentielle du courant électrique, nous pouvons employer cette énergie, en totalité ou en partie, à développer de la chaleur aussi loin de la pile que nous voulons, et cette chaleur est due en réalité à une combustion qui se produit dans cette pile. ”

“ Ce qui peut faire croire que la facilité du mouvement des particules contribue à donner au gaz la faculté de conduire la chaleur, c'est que , quand on gêne le mouvement de l'air par le moyen des corps légers, des plumes , de la laine, on les rend mauvais conducteurs. ”

“ Lorsque l'aire de l'orifice de sortie est plus grande que la millième partie de la surface de l'eau exposée au feu, on ne peut guère élever la température de la vapeur sortant d'une chaudière par un courant continu, sans tuyau de conduite, au delà de 100 degrés centigrades, quelle que soit la grandeur du feu. ”

“ Lorsqu'un corps conduit bien la chaleur, il prend le nom de bon conducteur de la chaleur; si, au contraire, il la conduit mal, il prend le nom de mauvais conducteur de la chaleur.
Les corps composés de fibres très fines, comme le coton, la laine, l'édredon, la ouate, le son, la paille, le charbon très divisé, sont les
plus mauvais conducteurs de la chaleur. ”

“ L' action du courant diffère donc suivant la résistance qui lui est opposée , et l' on trouve ici un nouvel exemple de substitution réciproque de la chaleur et du travail mécanique résultant du choc électrique . Lorsque le travail représenté par la projection violente du liquide apparaît , il n' y a pas de chaleur ni de vapeurs développées , et , quand aucun travail visible n' est accompli , lorsque le liquide n' est pas projeté , il y a chaleur engendrée et dégagement de vapeur . ”

“ Si nous admettons que le principe de la dissipation de l'énergie est vrai non seulement dans des cas où la chaleur est abandonnée à elle-même dans un corps conducteur, mais aussi dans le cas d'une distribution de température maintenue artificiellement, comme cela a lieu dans la longue barre de Forbes, on peut expliquer sans difficulté ce fait, que la conductibilité spécifique doit varier en raison inverse de la température absolue. ”

“ Dans l'établissement d'une conduite de gaz, il faut s'attacher à réduire autant que possible les résistances au mouvement, les frottements, les remous, etc., qui obligent, pour faire écouler un volume déterminé, à augmenter la pression motrice, et par suite le travail de compression ou d'aspiration. ”

“ Après avoir examiné les principaux effets de chaleur que l'on produit avec le courant électrique, il convient d'étudier les lois qui régissent le développement de cette chaleur et qui serviront de guide pour en régler l'emploi. ”