La conductivité thermique est définie comme étant une grandeur physique qui caractérise la capacité de la plupart des métaux ou autres matériaux à transférer la chaleur par conduction. Pour que le transfert ait lieu, deux matériaux sont placés de proche en proche avant la transmission thermique. Cette grandeur est une constante qui donne la quantité de chaleur qui peut être transmise sur une unité de surface précise, dans une unité de temps déterminé, sous une température définie.
La complexité de la définition de cette grandeur a obligé les scientifiques à lui attribuer une unité de mesure tout aussi complexe. Il s'agit de W-m2k1, qui veut dire watts par mètre par kelvin. Le watt mesure la chaleur transmise, vu que c'est l'unité internationale de puissance. Le mètre exprime la longueur, ou plutôt la surface concernée par le transfert de la chaleur. Quant au kelvin, c'est l'unité de mesure de la température sous laquelle la transmission s'effectue. On peut déjà dire que ces trois facteurs présents dans l'unité de mesure de cette conductivité font partie des facteurs qui influencent cette dernière. La nature du matériau est toutefois le facteur à prendre en compte en premier, la température vient en seconde place. Il ne faut pas non plus négliger l'environnement et les autres paramètres externes qui peuvent favoriser ou non le transfert. Il s'agit des facteurs tels que la pression, l'humidité ou autres. Notons qu'on peut aussi parler de la conductivité électrique, qui est généralement associée à la conductivité thermique surtout quand on parle de métaux. Ainsi, un métal qui transmet bien la chaleur peut aussi bien transmettre le courant électrique.
Mais cette propriété reste un cas général avec beaucoup d'exception, dont le cas du diamant est le plus flagrant. Cette pierre précieuse possède en effet, une conductivité thermique d'environ 2 000 watts par mètre kelvin, mais sa conductivité électrique est vraiment très faible, presque négligeable. Ce mécanisme interne et spécifique à chaque matériau peut être expliqué physiquement. Voici comment cela se passe : des éléments porteurs de charge sont en mouvement dans chaque matière, cela se fait sous certaines conditions de température.
Ces éléments, notamment les électrons, sont surtout très actifs dans les matériaux métalliques. Dans les autres cas, c'est-à-dire quand le matériau n'est pas un métal, la conductivité est assurée par les vibrations des atomes qui se mettent à tournoyer autour d'une position d'équilibre. Ces mouvements des atomes relèvent de la structure de la matière et ils sont coordonnés. Ainsi, les deux facteurs qui déterminent la conductivité d'une matière sont les électrons libres et les mouvements des atomes. La conductivité thermique dépend essentiellement des électrons libres qui se chargent de transmettre la chaleur à un autre matériau. Au fur et à mesure des recherches scientifiques faites et des découvertes physiques réalisées, diverses formules mathématiques ont été élaborées pour tenter d'exprimer cette grandeur qu'est la conductivité afin d'en faciliter le calcul.
Ces formules expriment entre autres la véritable relation entre les deux types de conductivité, le rôle joué par les électrons libres dans la conductivité électrique, ainsi que les différentes raisons pour lesquelles une matière est plus conductrice qu'une autre. C'est aussi grâce à ces formules que les physiciens ont pu démontrer que la conductivité diminue lors de l'augmentation de la température, cette conclusion est valable pour la conductivité électrique. D'autres études ont permis de mesurer la conductivité thermique de chaque matériau, qu'il soit métallique ou non.
Ce qui a permis de constater que la chaleur qui circule entre deux matériaux se déplace en flux, qui est tout à fait mesurable. Bref, cette conductivité revêt un intérêt particulier non seulement aux physiciens, mais aussi aux ingénieurs de l'industrie. En effet, connaître la conductivité des différentes matières permet de bien choisir le matériau adapté aux divers besoins de l'industrie et de ses machines et mécanismes. Dans certains cas, on a besoin d'un métal à très forte conductivité, dans d'autres cas, on a juste besoin d'une faible capacité de conduction. La conductivité thermique convient mieux à certains cas plutôt que celle électrique. Il existe aussi des matériaux qui n'ont aucune caractéristique de conduction. Ils sont appelés isolants et sont très utilisés pour isoler une matière conductrice qu'on ne veut pas mettre en contact avec une autre matière conductrice.
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