conductividad térmica en materiales

Conductividades térmicas de los materiales
La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que valora la capacidad de transmitir el calor a través de ellos. 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. Para que exista conduccióntérmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío bajo.
El coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1 m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre las dos caras. Es una propiedad intrínseca decada material que varía en función de la temperatura a la que se efectúa la medida, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K para poder comparar unos elementos con otros. Cuando el elemento no es homogéneo, pero su heterogeneidad se distribuye uniformemente, como por ejemplo, un muro de ladrillo con juntas de mortero, se obtiene en laboratorio un λ útil, media ponderada de los coeficientesde cada material.
Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitación de las moléculas. Se presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los sólidos.
La tabla que se muestra a continuación se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el calor.
Conductividades térmicas de diversos materiales en W/(K·m)
Material
λ
Material
λMaterial
λ
Acero
47-58
Corcho
0,03-0,04
Mercurio
83,7
Agua
0,58
Estaño
64,0
Mica
0,35
Aire
0,02
Fibra de vidrio
0,03-0,07
Níquel
52,3
Alcohol
0,16
Glicerina
0,29
Oro
308,2
Alpaca
29,1
Hierro
80,2
Parafina
0,21
Aluminio
209,3
Ladrillo
0,80
Plata
406,1-418,7
Amianto
0,04
Ladrillo refractario
0,47-1,05
Plomo
35,0
Bronce
116-186
Latón
81-116
Vidrio0,6-1,0
Zinc
106-140
Litio
301,2
Cobre
372,1-385,2
Madera
0,13
Tierra húmeda
0,8
Diamante
2300
Titanio
21,9




En algunos procesos industriales se busca maximizar la conducción de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad, bien configuraciones con una gran área de contacto, o ambas cosas. Ejemplos de esto son los disipadores y los intercambiadores de calor. En otroscasos el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad térmica, vacíos intermedios (ver termo), y se disponen en configuraciones con poca área de contacto.
Factores que influyen en la conductividad térmica
Temperatura
El efecto de la temperatura en la conductividad térmica es diferente para metalesy para no metales. En metales la conductividad es primariamente debido a electrones libres. De acuerdo con la ley Wiedemann-Franz la conductividad térmica de los metales es aproximadamente proporcional al producto de la temperatura absoluta expresada en Kelvins, multiplicada por la conductividad eléctrica. En metales puros la resistividad eléctrica frecuentemente se incrementa de maneraproporcional a la temperatura, y por tanto la conductividad térmica permanece aproximadamente constante. En aleaciones el cambio de conductividad eléctrica es usualmente menor y por tanto la conductividad térmica se incrementa con la temperatura, frecuentemente de manera proporcional.
Por otro lado, la conductividad en los no metales se debe fundamentalmente a las vibraciones de la red (ver intercambiode fonones). Excepto para cristales de calidad alta a bajas temperaturas, el camino libre medio de un fonón no se reduce de manera significativa par altas temperaturas. Por tanto la conductividad de los no metales es aproximadamente constante. Así la conductividad térmica es baja siempre y cuando la temperatura no sea demasiado baja. A bajas temperaturas por debajo de la temperatura de Debye la...