La conductivité thermique des métaux

Ces deux casseroles ont la même température. L'une d'elles a une poignée en plastique, et l'autre une poignée en métal. Tu peux tenir la poignée en plastique, mais - aïe! - Tu vas te brûler la main sur le métal. Le métal est un bon conducteur de chaleur. Comme une extrémité de la casserole est chauffée, la chaleur se propage dans toute la poignée.

Les métaux sont de bons conducteurs thermiques. La poignée en plastique à l’extrémité à la même quantité de chaleur que la casserole . Mais la chaleur ne se propage pas aussi facilement à travers le plastique. Le plastique est un isolant thermique. La plupart des matériaux sont des isolants thermiques, par exemple le verre, la roche, le bois et le tissu.

Mais tous les métaux sont de bons conducteurs thermiques. Pour quelles raisons? Pour y répondre, regardons ce qu'est la chaleur - au niveau atomique. Toutes les substances sont faites d'atomes. Dans les solides, les atomes restent en place, mais ils ne sont pas complètement immobiles: ils se déplacent constamment d'avant en arrière.

Ils vibrent. Plus le matériau est chaud, plus les atomes vibrent. Et c'est ça la chaleur: le mouvement au niveau atomique. Alors, comment la chaleur se propage? Voici est une représentation simplifiée d'un non-métal.

Les atomes sont attachés les uns aux autres par des liaisons chimiques. Les liaisons sont constituées d'électrons situés entre les atomes. Chauffons un côté de ce matériau. Les atomes qui sont chauffés commencent à se déplacer plus énergiquement. Ce mouvement est transféré par les liaisons chimiques aux atomes voisins.

Qui à leur tour commencent à vibrer plus. Ensuite, le mouvement est transmis aux atomes suivants, et aux suivants. Dans ce matériau, chaque atome ne peut affecter que ses voisins les plus proches. Et à chaque étapes, les vibrations deviennent un peu plus faibles. La chaleur est mal conduite dans ce non-métal.

Alors, qu'en est-il des métaux? Les atomes de métal s'organisent aussi en places fixes. Et il y a des électrons entre les atomes. Cependant dans les métaux , les électrons sont libres de se déplacer. Ces électrons libres ne sont pas liés à certains atomes.

Ils peuvent se déplacer n'importe où dans tout la matière. Et ça améliore vraiment la conductivité thermique. Regarde ce qui se passe quand on chauffe un côté du métal: Ces atomes commencent à vibrer davantage. Un atome vibrant peut pousser un électron libre. Il en résulte que l'électron se déplace plus vite.

L'électron qui se déplace rapidement heurte un autre atome, et le fait vibrer davantage. Et l'électron peut continuer, frappant encore plus d'atomes avant qu'il ne ralentisse. Les électrons se touchent tous les uns les autres. Ça signifie qu'on a de plus en plus de mouvements rapides d'électrons à travers la matière chauffant plus d'atomes en même temps. Ce sont ces électrons libres qui rendent les métaux de si bons conducteurs thermiques. La chaleur est le mouvement au niveau atomique.

La chaleur se propage lorsque les vibrations traversent la matière. Ce qui est spécial avec les métaux, c'est qu'ils ont des électrons libres. Ceux-ci aident à transporter la chaleur - pas seulement aux atomes proches, mais aussi plus loin. Ça rend la conductivité thermique beaucoup plus élevée dans les métaux. C'est pourquoi tu te brûles la main sur la poignée en métal. A moins que tu utilises un gant anti chaleur bien sûr - qui n'a pas d'électrons libres.