MÉTALLOGRAPHIE Essais physiques
Mesures de la capacité thermique massique
Expérimentalement, on détermine généralement les paramètres Cp (capacité thermique molaire à pression constante) ou cp (capacité thermique massique à pression constante), et on en déduit Cv (capacité thermique molaire à volume constant) à partir de la relation :
V son volume et ρ sa masse volumique.
D'après les définitions précédentes on constate que la capacité thermique massique à pression constante peut être déduite, à température donnée, de la valeur de la pente au point correspondant de la courbe H = f (T). Parallèlement à cette première méthode d'évaluation, Cp peut aussi être directement mesuré.
Méthode des mélanges
La méthode des mélanges est fondée sur la détermination précise de l'élévation de température d'une enceinte (calorimètre) qui se produit lorsque l'on y introduit l'échantillon à étudier préchauffé à une température donnée.
Le calorimètre utilisé peut contenir de l'eau, de l'huile de paraffine... Ce mode opératoire ne convient que si la température de l'échantillon n'est pas trop élevée ; en effet, dans le cas contraire, des pertes par évaporation ou éclaboussures sont à craindre. On a alors intérêt à faire tomber l'échantillon dans une cavité ménagée dans un bloc métallique, lui-même placé dans un vase Dewar logé dans un bain thermostaté. Toutefois, dans cette méthode, l'échange de chaleur par conduction est relativement lent et il est nécessaire d'utiliser des thermo-couples montés en série pour obtenir une mesure précise de l'évolution de la température.
La méthode des mélanges ne convient que si l'échantillon n'est pas le siège d'une transformation dans le domaine des températures étudiées ou du cours de la trempe (dans le cas contraire, seule la mesure directe de la capacité thermique massique est valable).
Les résultats obtenus conduisent le plus souvent à exprimer la variation d'enthalpie en fonction de la température par une équation de la forme :
Mesure directe de la capacité thermique massique
Le principe de la mesure directe de la capacité thermique massique est de mesurer le changement de température subi par un échantillon en fonction d'une petite variation de son énergie thermique. On peut opérer de deux façons, selon que l'on fournit ou que l'on extrait de la chaleur de façon continue ou discontinue.
Méthodes continues
Si la chaleur est fournie (ou extraite) de façon continue, on peut écrire :
L'une des réalisations expérimentales a été proposée par C. Sykes ; elle consiste à utiliser un échantillon cylindrique comportant un alésage borgne dans lequel est logé une résistance alimentée électriquement. Cet échantillon est placé dans un conteneur clos de sorte qu'il soit seulement guidé par des touches isolantes sans être en contact direct avec la paroi interne du conteneur. Ce dernier est à son tour placé dans un four. Soit Tc la température de la chambre du conteneur, chauffé progressivement à vitesse constante, et TE la température de l'échantillon.
Si l'on n'alimente pas la résistance placée à l'intérieur de l'échantillon, TE < Tc ; par contre, grâce à un appoint d'énergie électrique, on peut annuler l'écart Tc − TE, auquel cas la vitesse d'échauffement de l'échantillon – soit dTE/dt – est seulement fonction de l'énergie apportée par le circuit auxiliaire de chauffage. Comme on mesure[...]
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Écrit par
- Georges CIZERON : professeur à l'université Paris-Sud, Orsay, directeur du laboratoire de structure des matériaux métalliques, Orsay
Classification
Pour citer cet article
Georges CIZERON, « MÉTALLOGRAPHIE - Essais physiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :
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