Le cuivre est connu pour ses nombreuses propriétés : résistance à la corrosion, conductivité électrique, antimicrobien, recyclable - et conductivité thermique. Mais qu'est-ce que la conductivité thermique et pourquoi est-elle si importante pour certaines industries ? Regardons ensemble ce qu'il en est.
Vous est-il déjà arrivé de regarder une bouilloire de plus près et de vous interroger sur sa conception ? Alors que la majeure partie de cet objet est en acier inoxydable, la poignée et le couvercle sont souvent en bois. Comment cela se fait-il ? La raison réside dans la différence de conductivité thermique entre les deux matériaux. L'acier inoxydable, comme pratiquement tous les métaux, conduit bien la chaleur. C'est essentiel pour une bouilloire, car sa fonction est de chauffer de l'eau. Cependant, vous ne voulez pas vous brûler les mains lorsque vous faites bouillir de l'eau. C'est pourquoi la poignée est en bois, car ce matériau conduit très mal la chaleur. Ainsi, la bouilloire remplit exactement l'objectif qu'elle s'est fixé.
Bouilloire en cuivre ancienne avec manche en bois
Quelle est la conductivité thermique des métaux ?
La conductivité thermique est définie comme la capacité à transférer la chaleur d'un objet chaud à un objet froid. Chaque matériau a une conductivité thermique différente. Elle dépend de trois facteurs : la porosité, la teneur en eau et la densité. Dans les solides non métalliques, la conductivité thermique repose en grande partie sur le couplage mécanique des atomes voisins et le transfert d'énergie vibratoire qui en découle.
Dans les métaux, en revanche, les électrons de conduction sont en grande partie responsables de la conduction de la chaleur. Ces mêmes électrons de conduction sont responsables de la conductivité électronique. Ils assurent aux métaux une très bonne conductivité thermique.
Les électrons libres entrent en collision avec les particules du réseau. Comme celles-ci vibrent plus violemment au point de chauffage, elles transfèrent une partie de leur énergie excédentaire aux autres électrons lors de l'impact. Ces derniers peuvent se déplacer librement dans le réseau métallique et transfèrent donc l'énergie supplémentaire qu'ils ont absorbée précédemment aux particules du réseau situées en dehors du point de chauffage lorsqu'ils entrent en collision avec elles. Les solides qui ne sont pas constitués de métal n'ont pas d'électrons libres - ils ne conduisent donc pas le courant électrique - et sont donc de bien plus mauvais conducteurs de chaleur.
Le cuivre et sa conductivité thermique
Le cuivre conduit très bien l'électricité et est utilisé dans de nombreuses applications pour les câbles électriques. Ce que l'on ignore souvent, c'est que le cuivre est également un bon conducteur de chaleur. Ce n'est d'ailleurs pas une coïncidence si les casseroles et poêles en cuivre sont très appréciées pour la cuisine.
Seuls quelques matériaux conduisent mieux la chaleur que le cuivre. L'un d'entre eux, par exemple, est le diamant. Aucun autre matériau ne possède une meilleure conductivité thermique que le diamant. Le diamant doit cette conductivité thermique inégalée à sa structure cristalline unique, c'est-à-dire à l'agencement des atomes. Contrairement aux métaux, la chaleur dans les diamants est transportée par les vibrations du réseau et non par les électrons de conduction.
En raison de sa grande conductivité thermique, le cuivre est un matériau très apprécié pour les tuyaux de chauffage.
L'argent est le seul métal dont la conductivité thermique est supérieure à celle du cuivre. Toutefois, cette conductivité n'est que de peu plus élevée. Comme le diamant et l'argent sont tous deux assez chers à l'achat, le cuivre est le métal le plus couramment utilisé pour fabriquer des dispositifs conducteurs. Cela est dû à son excellente conductivité thermique, mais aussi à sa bonne conductivité électrique, à son point de fusion élevé et à son taux de corrosion modéré.
La conductivité thermique dans l'industrie manufacturière
Sa bonne conductivité thermique fait du cuivre un matériau recherché dans l'industrie. Le cuivre est le premier choix lorsqu'un transfert de chaleur rapide est nécessaire. On oublie souvent que le cuivre n'absorbe pas seulement la chaleur mais qu'il la dissipe également. Le cuivre est donc un excellent matériau pour les refroidisseurs. Par exemple, le cuivre est utilisé dans les échangeurs de chaleur des systèmes de climatisation, les radiateurs des véhicules ou les refroidisseurs de processeurs dans les ordinateurs. Même dans l'industrie des plastiques, les alliages de cuivre comme AMPCOLOY® peuvent contribuer à rendre le processus plus efficace.
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