TPE : Caloduc
Pourquoi le cuivre est il un bon matériau conducteur ?
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Le cuivre, un solide à l'état ordonné
Chaque solide a une forme spécifique et peut exister sous deux état différents :
- les solides amorphes : ils ont une structure désordonnée.
Exemple : Le verre, à température ambiante, a l'apparence d'un solide indéformable. En revanche, lorsque l'on augmente la température, il fond. Il a donc subi un changement dans sa structure atomique.
- les solides cristallins : ils ont une structure ordonnée.
Le cuivre en est un exemple. C'est un cristal métallique, c'est-à-dire un métal constitué de cristaux dans lesquels la cohésion des atomes est assurée.
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Quelle est donc cette structure cristalline ?
Dans le cas des cristaux métalliques, les électrons sont complètement délocalisés. Ils forment un "nuage" d'électrons où l'on retrouve quelques ions positifs : cations.
La présence d'électrons empêche les cations de s'éloigner les uns des autres et ainsi confine les électrons à l'interieur du cristal.
D'autre part, en raison des propriétés électroniques des métaux (notamment au nombre important d'électrons libres), les atomes des métaux ne sont pas capables de former des liaisons covalentes. Ils forment en revanche des liaisons métalliques : liaisons moins rigides dans lesquelles chaque atome cède un ou plusieus électrons à l'ensemble du cristal.
Ainsi les atomes s'organisent dans le cuivre afin de former des structures cristallines bien définies, structures qui assurent la cohésion des atomes.
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Le cuivre, un bon conducteur thermique
Maintenant que nous savons que le cuivre a une structure cristalline ordonnée, nous pouvons nous interroger sur sa bonne conductivité thermique.
Lorsque l'on applique une température élevée sur un cristal métallique, les atomes vibrent entre eux. Ce nouveau facteur excite les atomes.
C'est ainsi que la structure cristalline joue un rôle très important dans la bonne conductivité thermique du cuivre. En effet, la température excite un atome de par sa structure et ses liaisons métalliques, les vibrations vont se propager plus facilement dans le métal. Cette propagation des vibrations induit un flux de chaleur important.
Le cuivre est donc un bon concuteur thermique du fait de sa structure et de ses liaisons métalliques favorisant ainsi la propagation d'un flux de chaleur.
La chaleur passe du corps le plus chaud A au corps le plus froid B : cela crée un flux de chaleur.