La conductivité est la capacité d'un corps ou d'un matériau à transmettre la chaleur. Ce faisant, il se déplace à travers un objet solide ou d'un objet à un autre, car les deux sont en contact l'un avec l'autre. C'est le seul moyen pour que la chaleur traverse tout le corps. La question se pose: « Comment l'air et les autres matériaux conduisent-ils la chaleur ? Découvrez-le dans l'article !
Conduction thermique
La capacité à transférer de la chaleur à l'intérieur d'un objet s'appelle la conductivité thermique. Cette propriété est notée par la lettre k, et se mesure en W / (m × K). Les valeurs de conductivité thermique varient selon les matériaux. Ainsi, l'or, l'argent et le cuivre ont une conductivité thermique élevée. Soit dit en passant, ces matériaux sont également de bons conducteurs d'électricité. Comment l'air conduit-il la chaleur ? La réponse est courte: c'est un mauvais conducteur. La conductivité élevée de l'or, de l'argent et du cuivre est due au fait que les électrons responsables du transfert de charge participent également au transfert d'énergie thermique.
Mais les matériaux tels que le verre et la laine minérale ont une faible conductivité thermique. Cela s'explique par le fait qu'ils disposent de très peu d'électrons "libres" pour le transfert d'énergie thermique à l'intérieur du solide. Les matériaux de ce type sont appelés isolants. Le taux de transfert de chaleur (c'est-à-dire le taux de mouvement de l'énergie thermique) dépend directement de la conductivité thermique, de la différence de température et de la zone de contact et du matériau que possède le corps. Pour la même raison, on ne peut pas dire que l'air conduit bien la chaleur.
Si le matériau est un bon conducteur de chaleur, il se déplace rapidement à travers le corps. Les métaux sont largement utilisés à des fins de transfert de chaleur car ils ont des propriétés qui permettent à la chaleur de circuler tout en résistant simultanément aux températures extrêmes associées au chauffage.
Ce sont les électrons qui sont responsables du transfert d'énergie thermique, ainsi que de la charge électrique. Les métaux sont donc de bons conducteurs de chaleur et d'électricité ! C'est là que se trouve la réponse à la question: "Pourquoi l'air est-il un mauvais conducteur de chaleur ?"
Cependant, ne confondez pas la conductivité électrique (qui est liée à la charge des électrons) avec la conductivité thermique (qui est liée au transfert d'énergie des électrons).
Nous prouvons par expérience
Essayez de tenir une extrémité d'une tige de métal au-dessus d'une flamme - après quelques minutes, elle chauffera.
Maintenant, tenez le bout d'un bâton de bois dans une flamme et le bout deviendra si chaud qu'il finira par prendre feu. Cependant, le bout du bâton pour lequelvous tenez bon, restez relativement cool.
La chaleur ne se propage pas dans tout le volume du corps en raison de sa composition: sa structure rend difficile le transfert de chaleur des électrons à travers le matériau.
Ainsi, l'expérience quotidienne montre que le bois n'est pas un bon conducteur de chaleur. Si vous avez déjà vu une section de bois au microscope, vous avez probablement remarqué la structure du bois: il est composé de cellules individuelles qui agissent comme des isolants car elles ne sont pas interconnectées. Les cellules sont éparpillées comme des pierres dans un ruisseau. La chaleur se propage beaucoup plus lentement à travers un tel matériau que dans les métaux, où les atomes sont liés ensemble dans un "réseau" tridimensionnel.
L'air est un mauvais conducteur de chaleur. L'expérience de la vie quotidienne montre: rappelez-vous la structure des fenêtres. Ils se composent toujours d'au moins deux verres, entre lesquels se trouve un "coussin" d'air. Cette couche aide à garder la chaleur dans la pièce sans la laisser sortir.
Ainsi, si l'énergie thermique est appliquée directement à une partie d'un objet solide, les électrons de l'objet deviennent excités. Il en résulte des vibrations du réseau atomique qui traversent l'objet, augmentant la température lors de leur passage. Plus les liens dans un solide sont étroits, plus le transfert de chaleur est rapide.
Les liquides sont de mauvais conducteurs de chaleur
Si vous fixez un glaçon au fond d'un tube à essai d'eau (vous devez utiliser un poids pour le faire, sinon il flottera à la surface, donccomme la glace a une densité inférieure à l'eau) puis chauffez l'eau en haut du tube, vous constaterez que l'eau bouillira en haut du tube et le glaçon restera congelé.
Cela est dû au fait que l'eau est un mauvais conducteur de chaleur. La majeure partie de la chaleur se déplacera dans un courant de convection à l'intérieur de l'eau au sommet du tube, seule une petite partie de celle-ci coulera dans le glaçon.
Comment l'air conduit-il la chaleur ?
L'air est un ensemble de gaz. Bien qu'il soit excellent pour la convection, la quantité de chaleur qu'il peut transférer est minime car la petite masse de matière ne peut pas stocker beaucoup de chaleur - c'est pourquoi il n'est pas considéré comme un bon conducteur. Les propriétés isolantes de l'air sont utilisées par l'homme dans la vie de tous les jours. Ainsi, ils sont utilisés pour isoler les refroidisseurs dans les murs d'un bâtiment. Même le travail d'un thermos est basé sur le fait que l'air ne conduit pas bien la chaleur. Il y a vraiment beaucoup d'exemples !
Qu'est-ce qui cause ce phénomène ? Parce que l'air n'est pas dense, il y a une certaine quantité de masse disponible pour transférer l'énergie thermique par conduction. C'est donc un mauvais conducteur, mais un excellent isolant. Néanmoins, la réponse à la question: « L'air conduit-il la chaleur ? - pas si univoque. Alors, considérez les phénomènes suivants.
Le rayonnement est le transfert d'énergie à travers des ondes ou des particules excitées. L'air crée un écart thermique qui ne permet pas à l'énergie thermique de le surmonter. La chaleur doit être rayonnée de la surface versparticules d'air, alors il doit être rayonné de l'air vers la surface opposée. La chaleur se déplace très lentement entre les trois matériaux et la majeure partie de l'énergie thermique transférée est absorbée dans l'air.
La convection est le mouvement de la chaleur à travers un liquide ou un gaz en raison d'une diminution de la densité due à l'absorption de chaleur. Dans ce cas, les propriétés de l'air deviennent extrêmement utiles. Il se déplace également vers le haut en transférant la chaleur d'un récipient ou d'un espace isolé. Par conséquent, la convection est utilisée pour évacuer la chaleur et peut être utilisée pour refroidir la surface. La distribution de la chaleur par convection dans l'air est quelque peu inefficace, mais elle est utilisée à de nombreuses fins de refroidissement. Oui, l'air est un mauvais conducteur de chaleur.
Exemples d'isolation
L'isolation est utilisée à de nombreuses fins. Certains d'entre eux incluent le refroidissement des boissons et des aliments, la création de vides d'air dans les murs et l'introduction de poches d'air dans les ustensiles de cuisine. Les caractéristiques de la façon dont l'air conduit la chaleur s'appliquent même à la mousse isolante.
Conclusion
La conductivité est le passage de la chaleur à travers un corps solide. Il diffère du phénomène de convection en ce qu'aucun mouvement de matière ne se produit dans le processus. Nous savons maintenant si l'air conduit bien la chaleur et pourquoi.
