Qu'est-ce que la conduction?

La conduction fait référence au transfert d'énergie par le mouvement de particules qui sont en contact les unes avec les autres. En physique, le mot «conduction» est utilisé pour décrire trois types de comportement différents, qui sont définis par le type d'énergie transférée:

• Conduction thermique (ou conduction thermique) est le transfert d'énergie d'une substance plus chaude à une plus froide par contact direct, comme quelqu'un touchant la poignée d'une poêle en métal chaud.
• Conduction électrique est le transfert de particules chargées électriquement à travers un milieu, tel que l'électricité traversant les lignes électriques de votre maison.
• Conduction sonore (ou conduction acoustique) est le transfert d'ondes sonores à travers un médium, comme les vibrations de la musique forte traversant un mur.

Un matériau qui offre une bonne conduction est appelé conducteur, alors qu'un matériau qui offre une mauvaise conduction est appelé un isolant.

Conduction de chaleur

La conduction thermique peut être comprise, au niveau atomique, comme des particules transférant physiquement de l'énergie thermique lorsqu'elles entrent en contact physique avec des particules voisines. Ceci est similaire à l'explication de la chaleur par la théorie cinétique des gaz, bien que le transfert de chaleur dans un gaz ou un liquide soit généralement appelé convection. Le taux de transfert de chaleur dans le temps est appelé le courant de chaleur, et il est déterminé par la conductivité thermique du matériau, une quantité qui indique la facilité avec laquelle la chaleur est conduite dans le matériau.

Par exemple, si une barre de fer est chauffée à une extrémité, comme le montre l'image ci-dessus, la chaleur est comprise physiquement comme la vibration des atomes de fer individuels à l'intérieur des barres. Les atomes du côté le plus frais de la barre vibrent avec moins d'énergie. Lorsque les particules énergétiques vibrent, elles entrent en contact avec les atomes de fer adjacents et transmettent une partie de leur énergie à ces autres atomes de fer. Au fil du temps, l'extrémité chaude de la barre perd de l'énergie et l'extrémité froide de la barre gagne de l'énergie, jusqu'à ce que la barre entière ait la même température. Il s'agit d'un état connu sous le nom d'équilibre thermique.

En considérant le transfert de chaleur, cependant, l'exemple ci-dessus manque un point important: la barre de fer n'est pas un système isolé. En d'autres termes, toute l'énergie provenant de l'atome de fer chauffé n'est pas transférée par conduction dans les atomes de fer adjacents. À moins qu'elle ne soit maintenue suspendue par un isolant dans une chambre à vide, la barre de fer est également en contact physique avec une table ou une enclume ou un autre objet, et elle est également en contact avec l'air qui l'entoure. Lorsque les particules d'air entrent en contact avec la barre, elles aussi gagnent de l'énergie et la transportent loin de la barre (bien que lentement, car la conductivité thermique de l'air immobile est très faible). La barre est également si chaude qu'elle brille, ce qui signifie qu'elle rayonne une partie de son énergie thermique sous forme de lumière. C'est une autre façon dont les atomes vibrants perdent de l'énergie. Si elle est laissée seule, la barre finira par se refroidir et atteindra l'équilibre thermique avec l'air ambiant.

Conduction électrique

La conduction électrique se produit lorsqu'un matériau laisse passer un courant électrique. Que cela soit possible dépend de la structure physique de la façon dont les électrons sont liés dans le matériau et de la facilité avec laquelle les atomes peuvent libérer un ou plusieurs de leurs électrons externes aux atomes voisins. Le degré auquel un matériau inhibe la conduction d'un courant électrique est appelé résistance électrique du matériau.

Certains matériaux, lorsqu'ils sont refroidis à un zéro presque absolu, perdent toute résistance électrique et permettent au courant électrique de les traverser sans perte d'énergie. Ces matériaux sont appelés supraconducteurs.

Conduction sonore

Le son est créé physiquement par les vibrations, c'est donc peut-être l'exemple le plus évident de conduction. Un son fait vibrer les atomes d'un matériau, d'un liquide ou d'un gaz et transmettre ou conduire le son à travers le matériau. Un isolant sonique est un matériau dont les atomes individuels ne vibrent pas facilement, ce qui le rend idéal pour une utilisation en insonorisation.