«

»

Sep
01

Contraction thermique

La plupart des corps se dilatent sous l’effet de la chaleur. Pourtant, certains solides ont le comportement inverse : ils se contractent quand la température augmente.

Extrait :

Les forgerons savent que le métal se dilate sous l’effet de la chaleur et se contracte lorsqu’il refroidit. Si nous demandions à un forgeron féru de physique « Pourquoi les corps se dilatent-ils avec la température ? », il répondrait intuitivement : « À cause de l’agitation thermique. » Et il aurait raison. Quoique… Cette même agitation thermique provoque aussi la contraction de certains solides cristallins. C’est en comprenant l’effet de la température à l’échelle microscopique que nous pourrons démêler ces comportements paradoxaux.

Commençons par le cas simple des gaz.Depuis la fin du XIXe siècle, grâce à J.- C. Maxwell et L.Boltzmann, nous savons que la température n’est autre que la mesure de l’agitation thermique des molécules. Plaçons un gaz dans un piston et échauffons- le. L’énergie cinétique des molécules du gaz est proportionnelle à la température. Ainsi, lorsque la température augmente, les molécules du gaz deviennent plus rapides. Elles sont plus nombreuses à entrer en collision avec le piston, lequel subit une poussée toujours plus importante. Si la force extérieure exercée sur le piston est constante, celui-ci est refoulé et le volume du gaz augmente de 0,3 pour cent par degré d’élévation de température.

Références

  • H. Küppers, Thermal expansion, in International Tables for Crystallography, vol. D, chapitre 1.4, pp. 99-104, 2006.
  • G. Barrera et al., Negative thermal expansion, in J. Phys. : Condens. Matter, vol. 17 pp. R217–R252, 2005.

Parus dans :

Contraction thermique , J.M. Courty et E. Kierlik, Pour la Science N°371, (septembre 2008)