Conduction

Figure 1. Les métaux communs, tels que le cuivre, présentent à la fois une conductivité thermique et électrique.

La conduction peut se référer à soit :

• Conduction thermique : la propriété physique de la chaleur se déplaçant à travers la matière
• Conduction électrique : la propriété physique de l'électricité se déplaçant à travers un matériau

Le mot conducteur désigne généralement un matériau à forte conductivité électrique (faible résistivité). Cependant, la plupart des conducteurs électriques (généralement des métaux) sont également de bons conducteurs thermiques. Par exemple, le cuivre est à la fois un excellent conducteur thermique et un excellent conducteur électrique. Un modèle simple qui explique cette relation (un bon modèle conceptuel, mais il omet certains détails importants) consiste à prétendre que les électrons du métal se comportent comme un gaz libre de se déplacer et de transporter à la fois le courant électrique et la chaleur.

Rapport entre la conductivité thermique et la conductivité électrique

Les valeurs de la conductivité thermique et de la conductivité électrique de nombreux métaux dépendent de la température. Plus la température est élevée, plus la conduction thermique est grande (par rapport à la conduction électrique). Cette relation linéaire peut être exprimée et comparée à l'aide d'un rapport connu sous le nom de la loi de Wiedemann-Franz. Ce rapport s'exprime par :

[math]\displaystyle{ \frac{\kappa}{\sigma}= LT = \frac{\pi^2 k^2}{3 e^2} T = 2.45\times 10^{-8} \frac{\textrm{W}\Omega}{\textrm{K}^2} T }[/math]

Où :

• [math]\displaystyle{ L }[/math] est une constante connue sous le nom de nombre de Lorentz, qui est égale à [math]\displaystyle{ 2.45\times 10^{-8} \frac{\textrm{W}\Omega}{\textrm{K}^2} }[/math]
• [math]\displaystyle{ \kappa }[/math] est la conductivité thermique du matériau
• [math]\displaystyle{ \sigma }[/math] est la conductivité électrique du matériau
• [math]\displaystyle{ T }[/math] est la température du matériau, en Kelvin
• [math]\displaystyle{ k }[/math] est la constante de Boltzmann
• [math]\displaystyle{ e }[/math] est la charge élémentaire d'un électron

Par exemple, les diamants sont d'excellents conducteurs thermiques (encore meilleurs que le cuivre) mais généralement des isolants électriques. Bien qu'à très basse température, un groupe de recherche a découvert que les diamants peuvent devenir des supraconducteurs en dessous de 4 K (la supraconductivité est spécifiquement une description de la conduction électrique, pas de la conduction thermique).

En savoir plus

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