Análisis detallado de la Conductividad Térmica
La conductividad térmica es una característica inherente de los materiales que facilita la transmisión de energía en forma de calor. Esta propiedad permite que la energía cinética de las partículas de un cuerpo se disemine a otras materias cercanas. Contrariamente, la resistividad térmica se refiere a la capacidad de un material para oponerse al paso del calor a través de él.
Al incrementarse la temperatura de un material, sus moléculas vibran con mayor intensidad y, por lo tanto, pueden transferir ese aumento de energía sin necesidad de movimiento material. En este sentido, los metales y los sólidos homogéneos se destacan por su alta conductividad, en contraposición a los polímeros y aislantes como la fibra de vidrio, que presentan una conductividad térmica significativamente menor.
Cálculo de la Conductividad Térmica
Para determinar la conductividad térmica se utiliza el coeficiente de conductividad térmica, representado por la letra griega λ. Este coeficiente varía en función de la composición molecular del material y se calcula mediante la fórmula: λ = q/grad.T, donde “q” simboliza el flujo de calor por unidad de tiempo y área, y “grad.T” denota el gradiente de temperatura.
Un material con una alta conductividad térmica será un excelente conductor de calor, mientras que uno con baja conductividad se comportará como un aislante. Factores como la temperatura, la convección, la conductividad eléctrica, y los cambios de fase del material pueden influir significativamente en este coeficiente.
Métodos de Conducción Térmica
Existen tres mecanismos naturales mediante los cuales se puede transmitir el calor: conducción, convección y radiación.
- La conducción ocurre cuando el calor se transmite de un cuerpo a otro por contacto directo, sin que haya movimiento de la materia.
- La convección se manifiesta en fluidos que, por movimientos naturales o inducidos, facilitan la transferencia de calor.
- La radiación permite el intercambio de calor entre dos cuerpos sin contacto directo, a través de ondas electromagnéticas.
Unidades de medida de la Conductividad Térmica
Según el Sistema Internacional de Unidades, la conductividad térmica se expresa en W/(K·m), donde W representa los vatios, K los grados Kelvin y m los metros. Esta unidad también puede expresarse como Joules por metro, segundo y Kelvin (J/m·s·K).
Por lo tanto, una conductividad térmica de 1 W/(K·m) indica que 1 joule de calor atraviesa un material con un metro cuadrado de superficie y un metro de grosor en un segundo, con una diferencia de temperatura de 1 Kelvin entre las sustancias.
Ejemplos de Conductividad Térmica
| Material | Conductividad Térmica (W/(K·m)) |
|---|---|
| Acero | 47 – 58 |
| Agua | 0.58 |
| Alcohol | 0.16 |
| Bronce | 116 – 140 |
| Madera | 0.13 |
| Titanio | 21.9 |
| Mercurio | 83.7 |