Entrez dans une pièce dans laquelle vous trouvez une barre d'acier et un bâton en bois, touchez-les tous les deux et vous constaterez que la barre d'acier est plus froide. À première vue, cela n'a aucun sens car la barre et le bâton sont dans la même pièce, ils doivent donc être à la même température. Cependant, tenez compte des conductivités thermiques des deux matériaux, et le phénomène ne semble pas aussi mystérieux. L'acier conduit la chaleur de vos doigts environ 500 fois plus vite que le bois. Soit dit en passant, si vous placez la barre et restez au soleil, vous remarquerez que l'acier devient rapidement trop chaud au toucher, contrairement au bois. La différence de leurs conductivités thermiques est à nouveau responsable.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
L'acier a une conductivité thermique de 50,2 W/mK alors que celle du bois ne dépasse pas 0,12 W/mK. C'est pourquoi l'acier est plus froid que le bois à la même température.
Les doigts interprètent la perte de chaleur comme de la froideur
Lorsque vous touchez un objet dont la température est inférieure à celle de vos doigts, l'objet est froid parce que la chaleur passe par vos doigts dans l'objet, et non parce que le froid pénètre dans votre corps. Le flux d'énergie va toujours de l'objet le plus chaud vers l'objet le plus froid. Cela est vrai même pour les climatiseurs. Ils ne fournissent pas d'air froid. Au lieu de cela, ils extraient la chaleur de l'air qui circule autour des serpentins d'évaporation. Plus le taux de transfert de chaleur est élevé, plus un objet est froid.
Chaque matériau a une conductivité thermique caractéristique
Les molécules d'un matériau à haute température ont plus d'énergie cinétique que celles d'un matériau à faible température, et lorsque les matériaux se touchent, le corps à la température la plus élevée perd de l'énergie sous forme de Chauffer. C'est ce qu'on appelle la conductance thermique, et la vitesse à laquelle cela se produit est proportionnelle à la section transversale et à la différence de température et inversement proportionnelle à l'épaisseur du matériau. Elle est également proportionnelle à une constante appelée conductivité thermique (k), caractéristique de chaque matériau.
Les scientifiques ont mesuré et tabulé les conductivités thermiques de la plupart des matériaux de tous les jours. Dans le système de mesure MKS, ils sont exprimés en watts/mètre-degré Kelvin (W/mK). Vous pouvez également les trouver exprimés dans d'autres unités, telles que Btu/(hr⋅ft2⋅F) (unités thermiques britanniques/heure-pied-degré Fahrenheit).
La conductivité thermique est liée à la conductivité électrique. La plupart des matériaux qui conduisent bien la chaleur conduisent également l'électricité aussi bien, et les isolants thermiques sont également de bons isolants électriques. L'exception est le diamant, qui a une conductivité thermique plus élevée que n'importe quel métal mais, en raison de sa structure en treillis dense, ne conduit pas l'électricité.
Conductivités thermiques de l'acier et du bois
La conductivité thermique de l'acier est de 50,2 W/mK, et celle du bois est comprise entre 0,12 et 0,04 W/mK, selon l'essence du bois, sa densité et son taux d'humidité. Même le bâton de bois le plus conducteur de la chaleur transfère la chaleur environ 500 fois plus lentement que l'acier. Ce faible taux de transfert de chaleur fait du bois un bon isolant thermique, à la hauteur de la brique isolante et comparable à l'isolant en laine de roche et en fibre de verre.