Thermal conductivity measures the ability of a metal to conduct heat. This property varies across different types of metal and is important to consider in applications where high operating temperatures are common.
In pure metals, thermal conductivity stays roughly the same with increases in temperature. However in alloys the thermal conductivity increases with temperature.
Which Metals Conduct Heat The Best?
| Common metals ranked by thermal conductivity | ||
| Rank | Metal | Thermal Conductivity |
| 1 | Copper | 223 |
| 2 | Aluminum | 118 |
| 3 | Brass | 64 |
| 4 | Steel | 17 |
| 5 | Bronze | 15 |
As you can see, out of the more common metals, copper and aluminum have the highest thermal conductivity while steel and bronze have the lowest. Heat conductivity is a very important property when deciding which metal to use for a specific application. As copper is an excellent conductor of heat, it’s good for heat exchangers, heat sinks, and even saucepan bottoms. L’acier étant un mauvais conducteur de chaleur, il est bon pour les environnements à haute température comme les moteurs d’avion.
Voici quelques applications importantes qui nécessitent des métaux qui conduisent bien la chaleur :
- Échangeurs de chaleur
- Éviers thermiques
- Vaisselle
Échangeurs de chaleur
Un échangeur de chaleur est une application courante où une bonne conductivité thermique est importante. Les échangeurs de chaleur font leur travail en transférant la chaleur pour obtenir le chauffage ou le refroidissement.
Le cuivre est un choix populaire pour les échangeurs de chaleur dans les installations industrielles, la climatisation, la réfrigération, les réservoirs d’eau chaude et les systèmes de chauffage par le sol. Sa conductivité thermique élevée permet à la chaleur de le traverser rapidement. Le cuivre possède des propriétés supplémentaires souhaitables dans les échangeurs de chaleur, notamment la résistance à la corrosion, à l’encrassement biologique, aux contraintes et à la dilatation thermique.
L’aluminium peut également être utilisé dans certaines applications d’échangeurs de chaleur comme une alternative plus rentable.
Les échangeurs de chaleur sont couramment utilisés dans les situations suivantes :
Installations industrielles
Les échangeurs de chaleur dans les installations industrielles comprennent les centrales électriques fossiles et nucléaires, les usines chimiques, les usines de dessalement et les services maritimes.
Dans les installations industrielles, l’alliage cuivre-nickel est utilisé pour construire les tubes de l’échangeur de chaleur. L’alliage a une bonne résistance à la corrosion qui protège contre la corrosion dans les environnements d’eau salée. Il possède également une bonne résistance au biofouling pour éviter la formation d’algues et de mousses de mer. L’alliage aluminium-laiton a des propriétés similaires et peut être utilisé comme alternative.
Systèmes d’eau thermosolaire
Les chauffe-eau solaires sont un moyen rentable de chauffer l’eau dans lequel un tube en cuivre est utilisé pour transférer l’énergie thermique solaire à l’eau. Le cuivre est utilisé en raison de sa haute conductivité thermique, de sa résistance à la corrosion de l’air et de l’eau et de sa résistance mécanique.
Chauffe-eau à gaz
Les échangeurs thermiques à eau à gaz transfèrent à l’eau la chaleur générée par les combustibles gazeux. Ils sont courants dans les chaudières résidentielles et commerciales. Pour les chauffe-eau à gaz, le cuivre est le matériau privilégié en raison de sa conductivité thermique élevée et de sa facilité de fabrication.
Chauffage et refroidissement par air pulsé
Les pompes à chaleur utilisant l’air sont utilisées depuis longtemps pour le chauffage résidentiel et commercial. Elles fonctionnent par échange de chaleur air/air à travers des unités d’évaporation. Elles peuvent être utilisées dans les fours à bois, les chaudières et les poêles. Là encore, le cuivre est généralement utilisé pour sa haute conductivité thermique.
Les puits de chaleur
Les puits de chaleur sont un type d’échangeur de chaleur qui transfère la chaleur générée par un dispositif électronique ou mécanique dans un fluide réfrigérant en mouvement. Le fluide transfère la chaleur loin du dispositif, lui permettant de refroidir à la température désirée. On utilise des métaux à haute conductivité thermique.
Les ordinateurs utilisent des dissipateurs thermiques pour refroidir les unités centrales de traitement ou les processeurs graphiques. Les dissipateurs thermiques sont également utilisés dans les dispositifs de forte puissance comme les transistors de puissance, les lasers et les diodes électroluminescentes (DEL).
Les dissipateurs thermiques sont conçus pour maximiser la surface en contact avec le fluide de refroidissement.
Les alliages d’aluminium sont le matériau de dissipation thermique le plus courant. Cela s’explique par le fait que l’aluminium coûte moins cher que le cuivre. Cependant, le cuivre est utilisé lorsque des niveaux plus élevés de conductivité thermique sont nécessaires. Certains dissipateurs thermiques utilisent une combinaison d’ailettes en aluminium avec une base en cuivre.
Les ustensiles de cuisine
Une utilisation plus domestique du métal avec une bonne conductivité thermique est dans les ustensiles de cuisine. Lorsque vous faites chauffer vos aliments, vous n’avez pas envie d’attendre toute la journée. C’est pourquoi le cuivre est utilisé dans le fond des ustensiles de cuisson de haute qualité, car ce métal conduit rapidement la chaleur et la répartit uniformément sur sa surface.
Cependant, si vous avez un budget limité, vous pouvez utiliser des ustensiles de cuisson en aluminium comme alternative. Cela prendra peut-être un peu plus de temps pour réchauffer vos aliments, mais votre portefeuille vous en remerciera !
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