La conductivité dans les métaux est une mesure de la capacité d’un matériau à transmettre la chaleur, ou l’électricité (ou le son). La réciproque de la conductivité est la résistance, ou la capacité à réduire le flux de ceux.
La compréhension de la tendance d’un matériau à conduire peut être un facteur critique dans la sélection de ce matériau pour une application donnée. De toute évidence, certains matériaux sont choisis parce qu’ils conduisent facilement l’électricité (comme les fils, par exemple) ou la chaleur (comme les ailettes ou les tubes d’un radiateur ou d’un échangeur de chaleur). Pour d’autres applications (comme l’isolation), les matériaux sont choisis parce qu’ils ne conduisent spécifiquement pas très bien.
Les métaux purs auront tendance à fournir la meilleure conductivité. Dans la plupart des métaux, l’existence d’impuretés restreint le flux d’électrons. Par rapport aux métaux purs, donc, les éléments qui sont ajoutés comme agents d’alliage pourraient être considérés comme des « impuretés ». Les alliages ont donc tendance à offrir une conductivité électrique moindre que le métal pur. Si différentes propriétés fournies par l’alliage sont requises (pour une dureté ou une résistance supplémentaire, par exemple), il est important de choisir les ajouts d’alliage qui n’affectent pas significativement la conductivité si celle-ci est également importante.
Les métaux conduisent l’électricité en permettant aux électrons libres de se déplacer entre les atomes. Ces électrons ne sont pas associés à un seul atome ou à une liaison covalente. Comme les charges semblables se repoussent, le mouvement d’un électron libre dans le réseau déloge ceux de l’atome suivant, et le processus se répète – se déplaçant dans le sens du courant, vers l’extrémité chargée positivement.
La conductivité thermique est similaire à l’électrique en ce que l’excitation des atomes dans une section fonctionne pour exciter et faire vibrer les atomes adjacents. Ce mouvement ou énergie cinétique – un peu comme si vous frottiez vos mains l’une contre l’autre pour vous réchauffer – permet à la chaleur de se déplacer dans le métal. Les alliages, qui sont une combinaison de différents éléments métalliques, ont tendance à offrir un niveau de conductivité thermique inférieur à celui des métaux purs. Les atomes de taille ou de poids atomique différents vibrent à un rythme différent, ce qui modifie le modèle de conductivité thermique. S’il y a moins de transfert d’énergie entre les atomes, il y a moins de conductivité.
L’argent et le cuivre purs offrent la plus grande conductivité thermique, l’aluminium moins. Les aciers inoxydables offrent une faible conductivité thermique. Certains matériaux, dont le cuivre, conduisent facilement la chaleur et l’électricité. Alors que d’autres, comme le verre, conduisent la chaleur mais pas l’électricité.
Comme nous l’avons déjà noté, le choix du métal pour toute application implique probablement des compromis. Par exemple, considérez le choix du métal dans les ustensiles de cuisine. Alors que l’aluminium est un conducteur de chaleur décent, le cuivre conduit mieux et fournirait une performance de cuisson plus rapide et plus uniforme – si vous recherchez ce repas rapide. Mais le cuivre est beaucoup plus cher. C’est pourquoi tous les ustensiles de cuisson, à l’exception des plus haut de gamme, sont en aluminium, ou en aluminium avec un revêtement ou une gaine (l’aluminium réagit aux aliments salés et acides), et non en cuivre, qui est plus cher. Le cuivre avec un revêtement en acier inoxydable serait encore un autre choix.
Comme pour la plupart de ces applications, votre métallurgiste de quartier peut aider à prendre une décision rentable sur le choix de l’alliage – pour la conductivité ou presque toute autre performance souhaitée.