Conductividad térmica

Conductividad térmica
Información sobre la plantilla
Equipopara medir ct.jpg
Concepto:Equipo para medir la conductividad térmica

Conductividad térmica. Es una magnitud física intensiva de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor, es decir la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con las que está en contacto.

Relación y unidades de medida de la conductividad térmica

La Conductividad Térmica (λ con unidades W/ (m•K) describe el transporte de energía – en forma de calor – a través de un cuerpo con masa como resultado de un gradiente de temperatura (ver fig. 1). La relación entre el calor transportado por unidad de tiempo (dQ/dt o flujo de calor Q) y el gradiente de temperatura (ΔT/Δx) a través de un área A (el área a través de la cual el calor fluye perpendicularmente a un ritmo estacionario) está descrita por la ecuación de la conductividad térmica.

La Conductividad Térmica es, por consiguiente, una propiedad específica de cada material usada para caracterizar el transporte de calor en ritmo estacionario. Se puede calcular usando la siguiente ecuación:

Donde a: Difusividad térmica

cp: Capacidad Calorífica Específica

ρ: Densidad

La conducción térmica se mide, de acuerdo al Sistema Internacional, a partir de la relación W/(K.m), que es equivalente en unidades a Joules sobre metro por segundo por Kelvin (J/m.s.K). Así, una conductividad térmica de 1 vatio por metro y kelvin significa que un Julio (J) de calor se propaga a través de un material de superficie de 1m2 y un grosor de 1m, en 1 segundo, cuando la diferencia entre ambas sustancias sea de 1K.

En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(m•K) (equivalente a J/(m•s•K) y en unidades básicas a (Kg•m)/(K•s3 )).

La explicación de este fenómeno radica en que, al calentarse un material, sus moléculas reciben un extra de energía cinética que incrementa su agitación. Las moléculas, entonces, son capaces de compartir ese extra de energía sin ocasionar movimientos globales de la materia (en eso se distingue de la convección térmica de los líquidos y gases), siendo esta capacidad muy elevada en los metales y en los cuerpos continuos, por lo general, y muy baja en los polímeros y otros materiales aislantes como la fibra de vidrio.

La Conductividad Térmica (λ con unidades W/ (m•K) describe el transporte de energía – en forma de calor – a través de un cuerpo con masa como resultado de un gradiente de temperatura Donde q es el flujo de calor por unidad de tiempo y área, y Ecuación es el gradiente de temperatura. Cuanto mayor sea la conductividad térmica de un material, mejor conductor del calor resultará, y cuanto menor sea aquel, el material será más aislante. La temperatura, la convección, la conductividad eléctrica y los cambios de fase del material influyen todos en el resultado del coeficiente de conductividad térmica.

De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.

La magnitud inversa a la conductividad es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Métodos de conducción térmica

Existen tres métodos de transmisión de calor en la naturaleza:

• La conducción: ocurre cuando el calor se transmite de un cuerpo a otro con diferente temperatura a través del mero contacto, sin que ocurra un desplazamiento de materia.

• La convección: Se produce a través del movimiento de partículas de la sustancia que transmite el calor, por lo que deberá tratarse siempre de un fluido (líquido o gas), ya sea por movimiento natural o forzado.

• La radiación: Ocurre cuando el calor se transmite entre dos sólidos de distinta temperatura sin que exista entre ellos ningún punto de contacto ni un sólido conductor. El calor se transmite en emisión de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz.

Conductividad térmica de algunas sustancias

Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, es baja en polímeros, y muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por ello aislantes térmicos. • Acero, 47 a 58 W/(K.m).

• Agua, 0,58 W/(K.m).

• Alcohol, 0,16 W/(K.m).

• Bronce, de 116 a 140 W/(K.m).

• Madera, 0,13 W/(K.m).

• Titanio, 21,9 W/(K.m).

• Mercurio, de 83,7 W/(K.m).

• Glicerina, 0,29 W/(K.m).

• Corcho, 0,03 a 0,04 W/(K.m).

• Oro, 308,2 W/(K.m).

• Plomo, 35 W/(K.m).

• Diamante, 2300 W/(K.m).

• Vidrio, 0,6 a 1,0 W/(K.m).

• Litio, 301,2 W/(K.m).

• Tierra húmeda, 0,8 W/(K.m).


Los metales son los mejores conductores térmicos, en especial el cobre y el aluminio.

Métodos de conducción térmica

Existen tres métodos de transmisión de calor en la naturaleza: • La conducción: ocurre cuando el calor se transmite de un cuerpo a otro con diferente temperatura a través del mero contacto, sin que ocurra un desplazamiento de materia.

• La convección: Se produce a través del movimiento de partículas de la sustancia que transmite el calor, por lo que deberá tratarse siempre de un fluido (líquido o gas), ya sea por movimiento natural o forzado.

• La radiación: Ocurre cuando el calor se transmite entre dos sólidos de distinta temperatura sin que exista entre ellos ningún punto de contacto ni un sólido conductor. El calor se transmite en emisión de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz.

Fuentes

Gostíntsev V. I., Drozd A. A., “Física de los Metales y la Metalurgia”, 1975. T. 39. p. 1305 – 1307.

[1]

[2]

[3]