CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica (k) es la propiedad física que describe la velocidad a la que se conduce el calor de un material. Se puede definir de manera más específica como la razón de transferencia de calor a través de un espesor unitario del material por unidad de área por unidad de diferencia de temperatura. Un valor elevado para la conductividad térmica significa que el material en cuestión es un buen conductor de calor y un valor muy bajo por el contrario quiere decir que el material es un mal conductor de calor o aislante.

  

Conductividad térmica en sólidos líquidos y gases:

En los sólidos la conductividad térmica se manifiesta de dos maneras: por vibración de la red cristalina o por conducción de electrones, la segunda aplica solo a los metales y es el paso de energía a través de electrones libres en la superficie del sólido esta forma es más efectiva ya que los electrones chocan de manera más libre transfiriendo energía a electrones con menor carga energética.

En líquidos y gases  el movimiento de las moléculas definen la conductividad térmica de los mismos pues cuando las moléculas de mayor energía vibran y chocan con las de menor grado energético estas transfieren calor al momento del impacto.

¿Qué pasa con la conductividad térmica de aleaciones?

La conductividad térmica de una aleación es mucho menor a la conductividad térmica de os metales que lo conforman, esto se debe a que la mas mínima alteración en la homogenidad de una sustancia es suficiente para perturbar la transferencia de calor en dicha aleación. Cualquier perturbación o molécula extraña que se encuentre en un tipo de sustancia homogéneo afecta la conductividad térmica, tal es el caso del acero al 1% de cromo, este tiene k(acero)= 62W/mºC. En tanto los metales que lo conforman tienen un coeficiente de conductividad térmica mayor, k(cromo)= 83W/mºC y k(hierro)= 95W/mºC.

¿Qué pasa con la conductividad térmica de metales líquidos?

Los metales líquidos se comportan de manera similar a los metales sólidos, a mayor temperatura menor será su conductividad térmica, a excepción del mercurio, pues este es el único metal líquido que aumenta su conductividad térmica conforme se eleva su temperatura, podemos notar la comparación en el libro Fenómenos de transporte – Bird tabla 9.1-4.

¿Cómo se comporta la conductividad térmica de los sólidos en el cero absoluto?

Las conductividades térmicas de sólidos cercanos al cero absoluto de temperatura se comportan de manera totalmente distinta, pues estas aumentan exageradamente convirtiendo al material en super conductor. Los sólidos bajo esta condición pueden llegar a aumentar hasta 50 veces su conductividad térmica, por ejemplo la conductividad térmica del cobre que a 20K aumenta hasta aproximadamente 20000W/mºC

La k de gases a baja densidad aumenta con el incremento de la temperatura mientras que la k de la mayor parte de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura ¿Por qué?

Esto se debe a que las fuerzas de cohesión son mayores en los líquidos, esto provoca que las moléculas no puedan vibrar ni trasladarse de la misma manera que los gases. En los gases la energía cinética de las moléculas aumenta con la temperatura, esto hace que las moléculas choquen y pasen energía a las moléculas de menor contenido energético, de esta forma aumenta la conductividad térmica debido a que la transferencia de calor es mayor.

Fuente: Cenguel, Transferencia de calor y masa, 3º Edición.