Les métaux sont des éléments ou des composés ayant une excellente conductivité à la fois pour l'électricité et la chaleur, ce qui les rend utiles pour un large éventail d'applications pratiques. Le tableau périodique contient actuellement 91 métaux et chacun a ses propres propriétés spécifiques. Les propriétés électriques, magnétiques et structurelles des métaux peuvent changer avec la température et ainsi fournir des propriétés utiles pour les dispositifs technologiques. Comprendre les impacts de la température sur les propriétés des métaux vous donne une meilleure compréhension de la raison pour laquelle ils sont si largement utilisés dans le monde moderne.

TL, DR (trop long, pas lu)

TL; DR

La température affecte le métal de nombreuses façons. Une température plus élevée augmente la résistance électrique d'un métal, et une température plus basse le réduit. Le métal chauffé subit une dilatation thermique et augmente en volume. L'augmentation de la température d'un métal peut l'amener à subir une transformation de phase allotropique, ce qui modifie l'orientation de ses atomes constitutifs et modifie ses propriétés. Enfin, les métaux ferromagnétiques deviennent moins magnétiques lorsqu'ils deviennent plus chauds et perdent leur magnétisme au-dessus de la température de Curie.

Diffusion des électrons et résistance

Alors que les électrons circulent dans la masse d'un métal, ils se dispersent l'autre et aussi hors des limites du matériel. Les scientifiques appellent ce phénomène "résistance". Une augmentation de la température donne aux électrons plus d'énergie cinétique, augmentant leur vitesse. Cela conduit à une plus grande quantité de diffusion et à une résistance mesurée plus élevée. Une diminution de la température conduit à une réduction de la vitesse des électrons, diminuant la quantité de diffusion et la résistance mesurée. Les thermomètres modernes utilisent la variation de la résistance électrique d'un fil pour mesurer les changements de température.

Expansion thermique

Une augmentation de la température entraîne une légère augmentation de la longueur, de la surface et du volume d'un métal, appelé dilatation thermique. L'ampleur de l'expansion dépend du métal spécifique. La dilatation thermique résulte de l'augmentation des vibrations atomiques avec la température, et la considération de la dilatation thermique est importante dans une variété d'applications. Par exemple, lors de la conception de tuyauterie dans les salles de bains, les fabricants doivent tenir compte des changements saisonniers de température pour éviter l'éclatement des tuyaux.

Transformations de phase allotropiques

Les trois phases principales de la matière sont solides, liquide et gaz. Un solide est un ensemble dense d'atomes avec une symétrie de cristal particulière connue sous le nom d'allotrope. Chauffer ou refroidir un métal peut conduire à un changement d'orientation des atomes, par rapport aux autres. Ceci est connu comme une transformation de phase allotropique. Un bon exemple de transformation de phase allotropique est observé dans le fer, qui passe de la phase alpha à température ambiante au fer à phase gamma à 912 degrés Celsius (1 674 degrés Fahrenheit). La phase gamma du fer, qui est capable de dissoudre plus de carbone que la phase alpha, facilite la fabrication de l'acier inoxydable.

Réduire le magnétisme

Les métaux magnétiquement spontanés sont appelés matériaux ferromagnétiques. Les trois métaux ferromagnétiques à température ambiante sont le fer, le cobalt et le nickel. Chauffer un métal ferromagnétique réduit son aimantation, et il finit par perdre complètement son magnétisme. La température à laquelle un métal perd son aimantation spontanée est appelée température de Curie. Le nickel a le point de Curie le plus bas des éléments simples et cesse de devenir magnétique à 330 degrés Celsius (626 degrés Fahrenheit), tandis que le cobalt reste magnétique jusqu'à 1100 degrés Celsius (2012 degrés Fahrenheit).