Différence principale - conducteur vs isolant

Conducteur et Isolant sont des termes qui décrivent si un matériau donné a des propriétés favorables pour conduire l'électricité ou la chaleur. Les différence principale entre conducteur et isolant est qu'un conducteur conduit bien l'électricité ou la chaleur, alors qu'un l'isolant conduit mal l'électricité ou la chaleur. Selon que nous nous intéressons à la capacité d'un matériau à conduire l'électricité ou la chaleur, nous utilisons des termes conducteur/isolant électrique ou conducteur/isolant thermique.

Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre

UNE conducteur thermique conduit bien la chaleur. Le taux de transfert de chaleur,

ou le courant de chaleur, entre deux objets ayant une différence de température de

est donné par

où,

et

sont respectivement la section transversale et la longueur du conducteur transférant la chaleur. La lettre

est appelé le conductivité thermique, mesuré en unités de W m^-1 K^-1. Cette lettre caractérise la capacité du matériau à conduire la chaleur. Par exemple, le cuivre a une conductivité thermique d'environ 390 W m^-1 K^-1 tandis que le bois sec a une conductivité thermique d'environ 0,05 W m^-1 K^-1.

La capacité d'un matériau à conduire l'électricité est caractérisée par sa conductivité électrique (

), qui est défini comme l'inverse de la résistivité du matériau. C'est-à-dire,

où,

est la densité de courant et

est l'intensité du champ électrique. En réalité, la conductivité d'un matériau est le plus souvent calculée à l'aide de la formule

où,

est la longueur du conducteur et

est la section transversale du conducteur.

est la résistance du conducteur, donnée par le rapport de la différence de potentiel à travers le conducteur au courant à travers le conducteur. L'unité de mesure de la conductivité électrique est S m^-1 (Siemens par mètre). Le cuivre a une conductivité électrique d'environ 5,9 × 10⁷ S m^-1. tandis que le plomb a une conductivité électrique d'environ 4,6 × 10⁶ S m^-1.

Dimensions utilisées pour calculer la conductivité

Dans les métaux, les électrons sont principalement responsables du transport du courant ainsi que de la chaleur. Par conséquent, les conductivités électrique et thermique sont étroitement liées. La relation est donnée par le Loi Wiedemann-Franz:

où, T est la température absolue (en Kelvin) et

est une constante appelée constante de Lorenz (

).

Les relation entre conductivité thermique et électrique car les non-métaux ne sont pas aussi clairement liés: c'est parce que l'électricité est toujours transportée par des porteurs de charge gratuits alors que la chaleur peut également être conduite par des vibrations d'ions qui ne sont pas libres de se déplacer. En règle générale, les matériaux avec des liaisons métalliques sont de bons conducteurs thermiques et électriques, car ils contiennent des électrons libres qui peuvent facilement se déplacer et conduire à la fois l'électricité et la chaleur.

Qu'est-ce qu'un isolant

Un matériau à faible conductivité thermique est appelé un isolant thermique. Le verre est également un bon isolant, avec une conductivité thermique d'environ 0,8 W m^-1 K^-1. L'air est un isolant thermique encore meilleur, avec une conductivité thermique d'environ 0,02 W m^-1 K^-1. Le verre à double vitrage utilise la faible conductivité thermique de l'air pour isoler les maisons en ayant une couche d'air emprisonnée entre deux couches de verre.

De la même manière, isolants électriques sont des matériaux à faible conductivité électrique. Le PVC, qui sert à isoler les câbles, a une très faible conductivité de l'ordre de 10^-12 – 10^-13 S m^-1. En règle générale, les matériaux constitués de polymères (ayant des liaisons covalentes entre eux avec très peu d'électrons libres) sont de bons isolants thermiques et électriques car la plupart de leurs électrons sont étroitement liés.

Différence entre conducteur et isolant

Conducteurs sont bons pour conduire la chaleur et/ou l'électricité

Isolateurs ne sont pas bons pour conduire la chaleur et/ou l'électricité.

Le meilleur conducteurs ont de nombreux porteurs libres, tels que les électrons.

Le meilleur isolants n'ont pas beaucoup de transporteurs gratuits.

Image de courtoisie

"Un diagramme quelque peu caricatural de la géométrie de l'équation de résistivité." par utilisateur:Omegatron (Travail personnel) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons