Découpage laser d'une plaque d'aluminium
Une plaque d'aluminium d'épaisseur constante
e=0.50 x 10 m, dont la température initiale
est 7-293 K, est déposée horizontalement sur
un matériau thermiquement isolant. Elle reçoit,
perpendiculairement à sa surface, un faisceau laser
homogène de section d'aire s-0,20x 10 m² et de
puissance moyenne P. On suppose que toute l'énergie
du faisceau incident est absorbée par le cylindre
d'aluminium d'épaisseur e, de même sections que celle
du faisceau et que la température de ce cylindre est
uniforme à chaque instant.
1. Quel est le mode de transfert thermique qui s'effectue
entre le faisceau laser et l'aluminium ?
2. Montrer que la masse du cylindre d'aluminium qui
reçoit le faisceau vaut m=2,70 x 10-10 kg.
3. Quels sont les changements d'état que subit
l'aluminium durant le découpage au laser?
4. Calculer l'énergie nécessaire pour transformer le
cylindre d'aluminium solide en aluminium vapeur.
5. Pour vaporiser le cylindre d'aluminium, il faut une
durée At=1,00 x 10 s. Calculer la puissance P du
faisceau laser.
Données concernant f'aluminium pour les conditions de
l'exercice:
• Température de fusion : 7,-933 K
.
.
Température de vaporisation: T, 2740 K
Energie massique de fusion: L,=397 kl.kg
• Masse volumique du solide: p=2699 kg.m
Energie massique de vaporisation à 2 740 K:
4-10 500 kl.kg-¹
Capacité thermique massique du solide:
G-900 Jkg-¹K-¹
Capacité thermique massique du liquide:
G₁=1090 Jkg-¹
.