Conductividad Termica

Conductividad térmica.




La conductividad térmica (K) es un coeficiente que representa la rapidez a la cual se transfiere calor a través de un material. La conductividad térmica relaciona alcalor Q transferido por segundo a través de un plano dado de área A, al existir un gradiente de temperatura. En términos matemáticos, la ecuación que relaciona estas cantidades es:


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Elcalor se transmite a través de un material mediante dos mecanismos principales: la transferencia de electrones libres dentro del material, y la transmisión de vibraciones en la red. Mediante el primermecanismo, los electrones de valencia adquieren energía y se mueven hacia áreas mas frías (con menos energía) del material, transmitiendo así energía a otros átomos. La cantidad de energía transmitidadepende, entre otros factores, del número de electrones excitados (portadores) y su movilidad. Además, las vibraciones atómicas también transmiten la energía a través del material en forma de lasondas elásticas llamadas fonones.

Siendo similares el mecanismo de conducción de electricidad y de conducción de calor en los metales, es de esperarse que exista una relación entre estas doscantidades. Esta relación está dada, dentro de cierto rango, por la llamada constante de Lorentz, cuyo valor es de aproximadamente 5.5x10-9 (cal)(Ω)/(seg)(K2).

Los metales, como ya hemos estudiado, son (engeneral) buenos conductores eléctricos debido a que poseen electrones libres y, por esto mismo, también son buenos conductores térmicos. Los materiales cerámicos no son buenos conductores debido a queno tienen electrones libres y la transmisión de calor está dada solamente por transmisión de fonones, mecanismo menos efectivo que el de excitación electrónica. Además, cuando un material escompacto, sus átomos están cercanos, lo que propicia una buena conductividad térmica por transmisión de vibraciones, misma que se reduce al aumentar la temperatura por la dispersión que provocan los...