La conduction est le processus par lequel quelque chose, comme la chaleur ou un courant électrique, se déplace d'une substance à une autre substance. La conduction se produit dans les solides, les liquides et les gaz. Cependant, les solides transfèrent l'énergie le plus efficacement car les molécules dans les solides sont les plus serrées et les molécules sont plus proches les unes des autres.
La conduction de la chaleur se produit lorsque la température des molécules augmente; ils vibrent, et cette vibration et ce mouvement transmettent l'énergie thermique aux molécules environnantes.
Lorsque deux corps à des températures différentes sont maintenus en contact, la chaleur circule d'un corps à haute température vers le corps à basse température . L'énergie cinétique moyenne de la substance est une mesure de la température du corps. Lorsqu'il y a une augmentation de l'énergie cinétique moyenne des molécules d'une substance, sa température augmente, et s'il y a une baisse de l'énergie cinétique moyenne des molécules d'une substance, sa température diminue.
Gardez une poêle à frire sur le feu. La poêle devient rapidement chaude, car la chaleur passe de la flamme à la poêle. Retirez maintenant la casserole du feu. Progressivement, la casserole se refroidira car la chaleur est transférée de la casserole vers l'environnement. Dans les deux cas, la chaleur circule d'un objet plus chaud vers un objet plus froid.
Vous auriez expérimenté que si vous touchez une tasse de thé chaude, votre main ressent la chaleur de la tasse. La raison en est qu'une partie de l'énergie thermique est transférée de la tasse à votre main. La chaleur se transfère d'un objet chaud à un objet froid s'il y a contact entre eux. En physique, on dit que le transfert de chaleur nécessite un milieu. La conduction thermique est le mouvement de chaleur d'un objet à un autre qui a des températures différentes lorsqu'ils se touchent. Dans les solides, généralement, la chaleur est transférée par le processus de conduction. La conductivité thermique décrit l'efficacité avec laquelle un matériau peut faire passer la chaleur à travers lui. Il est défini par le taux de flux d'énergie par unité de surface par rapport à un gradient de température.
Loi de Fourier sur la conduction thermique : la loi de Fourier montre que l'énergie thermique se déplace des matériaux les plus chauds vers les matériaux les plus froids. La loi de Fourier peut s'écrire
q = kAdT∕s
Dans cette équation, q fait référence au taux de conduction thermique, A est la zone de transfert de chaleur, k est la conductivité thermique du matériau, dT est la différence de température à travers le matériau et s fait référence à l'épaisseur du matériau.
Exemples:
La conduction de l'électricité se produit en raison du mouvement de particules chargées électriquement à travers un milieu. Ce mouvement peut entraîner un courant électrique, qui peut être transporté par des électrons ou des ions. Un exemple de conduction électrique est lorsque vous êtes accidentellement électrocuté lorsque vous touchez un fil sous tension parce que votre corps contient de l'eau, qui est un conducteur d'électricité. Un autre exemple est lorsque l'électricité passe à travers des fils, qui sont des conducteurs, afin que nous puissions regarder la télévision ou utiliser un ordinateur.
La conductivité électrique est une mesure de la capacité d'un matériau à s'adapter au mouvement d'une charge électrique. Dans les solides tels que les métaux, les électrons sont faiblement liés aux atomes, grâce auxquels les électrons peuvent se déplacer librement d'un atome à l'autre dans un objet métallique. Cette mobilité électronique nous permet de faire passer un courant électrique à travers elle. Si nous pouvons facilement faire passer un courant électrique à travers des objets, nous les appelons bons conducteurs d'électricité. Les matériaux qui ne permettent pas à l'électricité de les traverser sont appelés isolants. La conductivité des semi- conducteurs est intermédiaire entre celle d'un isolant et celle d'un conducteur. Un "vide parfait" ne contient aucune particule chargée ; les aspirateurs se comportent normalement comme de très bons isolants.
La conduction dans les métaux est bien décrite par la loi d'Ohm , qui stipule que le courant est proportionnel au champ électrique appliqué. La facilité avec laquelle la densité de courant (courant par surface) j apparaît dans un matériau est mesurée par la conductivité σ , définie comme :
j = σE,
E est le champ électrique à cet endroit et σ est la conductivité du matériau, une mesure de la facilité avec laquelle les charges se déplacent à travers lui.
La conductivité électrique ou la résistivité d'un matériau est une propriété immuable qui ne change pas en fonction de la taille ou de la forme du matériau.
Charge par conduction :
Les corps peuvent être chargés par la méthode de conduction, c'est-à-dire par contact. Par conduction, le corps acquiert la même charge que sur le corps en charge.
Expérience : Fabriquez un cylindre de papier en enroulant une bande de papier sur un crayon, puis en tirant doucement sur le crayon. Suspendez le cylindre de papier par un fil noué en son centre. Prenez une tige de verre et frottez-la avec de la soie pour qu'elle ait une charge positive. Touchez le cylindre de papier avec cette tige de verre. Retirez la tige de verre, puis amenez à nouveau la tige de verre près du cylindre en papier.
Vous remarquerez que le cylindre de papier est repoussé par la tige de verre, cela signifie que le cylindre de papier a acquis une charge positive qui est la même charge que sur la tige de verre en raison de la conduction.
Exemples:
La photoconductivité se produit lorsqu'un matériau absorbe un rayonnement électromagnétique, entraînant une modification de la conductivité électrique de la substance. Le rayonnement électromagnétique peut être causé par quelque chose d'aussi simple qu'une lumière éclairant un semi-conducteur ou quelque chose d'aussi complexe qu'un matériau exposé à un rayonnement gamma. Lorsque l'événement électromagnétique se produit, le nombre d'électrons libres augmente, ainsi que le nombre de trous d'électrons, augmentant ainsi la conductivité électrique de l'objet. Certains semi-conducteurs cristallins, tels que le silicium, le germanium, le sulfure de plomb et le sulfure de cadmium, ainsi que le sélénium semi-métal associé, sont fortement photoconducteurs
Exemples:
Tout objet qui transfère efficacement de l'énergie thermique ou électrique, ou les deux, est un conducteur. Les matériaux qui ne permettent pas à la chaleur et à l'électricité de les traverser constituent un isolant.
| Matériaux à bonne conduction thermique | Matériaux avec une bonne conduction électrique |
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Les métaux déplacent généralement la chaleur efficacement et sont de bons conducteurs de chaleur. Les tissus et le bois ont tendance à fournir une mauvaise conduction thermique. Généralement, si une substance est un bon conducteur d'énergie thermique, elle sera également un bon conducteur électrique. Ce n'est pas toujours vrai; par exemple, le mica est un conducteur thermique mais un isolant électrique. L'eau salée est un mauvais conducteur thermique mais un bon conducteur électrique. Pourtant, en général, le même assemblage serré d'atomes et le mouvement relativement libre de leurs électrons qui font bouger l'énergie thermique dans la substance font aussi bouger l'énergie électrique des électrons.
L'eau pure, sans solides dissous, n'est pas électriquement conductrice. Le courant électrique circule plus facilement lorsque l'eau contient plus de minéraux dissous. L'air, un mélange de gaz, n'est généralement pas un bon conducteur de chaleur ou d'électricité. L'air, comme l'eau, est considéré comme un isolant. Pourtant, lorsque les particules dans l'air reçoivent une forte charge électrique provenant, par exemple, d'électricité statique (d'un champ électrique lorsque la foudre est sur le point de frapper ou du champ électrique d'une ligne électrique), l'air peut conduire l'électricité.
L'eau salée est un mauvais conducteur thermique mais un bon conducteur électrique : L'eau douce retient la chaleur plus longtemps que l'eau salée car l'ajout de sel réduit la capacité calorifique de la solution par rapport à l'eau pure. La capacité calorifique inférieure signifie que l'eau salée se réchauffe et se refroidit plus rapidement que l'eau douce dans les mêmes conditions. La conductivité thermique diminue avec l'augmentation de la salinité et augmente avec l'augmentation de la température. La conductivité électrique de l'eau dépend de la concentration des ions dissous dans la solution. Le sel de chlorure de sodium se dissocie en ions. L'eau de mer est donc environ un million de fois plus conductrice que l'eau douce. |
